Mikroalgentechnologie

Die Photosynthese ist als einziger Bioprozess in der Lage, mit Sonnenlicht als Energiequelle und Kohlenstoffdioxid als C-Quelle Biomasse aufzubauen. Für eine stoffliche oder energetische Nutzung photosynthetisch hergestellter Biomasse eignen sich Mikroalgen besonders gut, da die einzelligen phototrophen Organismen das Sonnenlicht effizienter ausnutzen können als höhere Pflanzen. Mikroalgen produzieren eine Vielzahl chemischer Grundstoffe wie Vitamine, Fettsäuren oder Carotinoide mit einem hohen Wertschöpfungspotenzial für die Pharma-, Nahrungsmittel-, Futtermittel-  und die Kosmetikindustrie.

Die Arbeitsgruppe Algentechnik am Fraunhofer IGB entwickelt Prozesse für die Herstellung verschiedenster Produkte aus Mikroalgen und Cyanobakterien in Flachplatten-Airlift-Reaktoren vom Labor- bis zum Pilotmaßstab. Im Vordergrund aktueller Forschungsvorhaben steht die Verbesserung der Produktivität und Biomasseausbeute auch unter Nutzung von Abgas-CO2 und Flüssiggärresten.

Für eine Erhöhung der Wertschöpfung aus Algenbiomasse untersuchen wir die Gewinnung verschiedener Produkte und Fraktionen aus Algenbiomasse: Carotinoide wie Fucoxanthin und Astaxanthin, die Omega-3-Fettsäure EPA als polares Glycolipid oder Proteine und Triglyceride für Lebens- und Futtermittel sowie die Kosmetik. Zusammen mit dem Fraunhofer CBP können wir die Aufarbeitung von Algeninhaltstoffen Biomassen im 100-kg-Maßstab sowie die Überprüfung von Produktionsprozessen im Pilotmaßstab durchführen.

Forschungsthemen

 

Prozessentwicklung in Photobioreaktoren

Prozesse für die Kultivierung von Mikroalgen optimieren wir in am Fraunhofer IGB entwickelten Flachplatten-Airlift-Reaktoren im Labormaßstab mit dem Ziel der Übertragung in Freilandreaktoren. Für einen optimierten Freilandprozess haben wir ein Automatisierungskonzept mit einfacher Messtechnik entwickelt. Eine Maßstabsvergrößerung ist in unserer Pilotanlage am Fraunhofer CBP in Leuna möglich.

 

Wertstoffgewinnung

Für die Produktion von Wertstoffen wie Omega-3-Fettsäuren (EPA), Carotinoiden wie Fucoxanthin, Lutein oder Astaxanthin, aber auch von Speicherprodukte wie Öl oder Stärke, entwickeln wir ein- oder zweistufige Produktionsprozesse in Laborreaktoren mit dem Ziel der Übertragung ins Freiland. Für die Aufarbeitung der Wertstoffe erarbeiten wir effiziente Extraktionsverfahren.

 

Algenbiomasse als regenerativer Energieträger

Speicherlipide von Algen wie Triacylglyceride mit den Hauptfettsäuren C16:0, C16:1 und C18:1 eignen sich für eine direkte energetische Nutzung, während Algenstärke zur Herstellung von Bioethanol genutzt werden kann. Wir suchen geeignete Algenstämme und wählen Wachstumsbedingungen, welche die Bildung von Speicherstoffen begünstigen.

 

Einsatz von Mikroalgen im Ökolandbau

Schädlingsabwehrende Wirkstoffe aus Mikroalgen und Cyanobakterien eignen sich als ökologisch verträgliche Pflanzenschutzmittel auf biologischer Basis. Für Anwendungen im ökologischen Anbau von Kohl oder im Bio-Weinbau haben wir in abteilungsübergreifender Zusammenarbeit Prozesse zur Produktion von Mikroalgen mit Repellent- bzw. antifungischer Aktivität entwickelt.

 

Algenkultivierung mit nährstoffreichem Filtratwasser

Für die Algenkultivierung setzen wir erfolgreich auch Abwasserströme aus der Biogastechnik ein, welche anorganische Nährstoffe wie Ammonium und Phosphat enthalten.