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Am Fraunhofer IGB wachsen einzellige Mikroalgen mit dem nährstoffreichen Schlammwasser und produzieren dabei Pflanzenstimulanzien als Ersatz für Pestizide.

Algenbiotechnologie

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 maßgeschneiderte 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 funktioneller Inhaltsstoffe aus Algenbiomasse: Carotinoide wie Fucoxanthin und Astaxanthin, die Omega-3-Fettsäure EPA als polares Glycolipid oder Proteine und Triglyceride für die Produktion von Lebensmitteln, Futtermitteln, Kosmetika, Agrarchemikalien, Biopolymere und als Ausgangsstoffe für biobasierte Polymere. Hierzu setzen wir auch neue Aufarbeitungstechnologien ein, wie beispielsweise die Extraktion von Carotinoiden und Omega-3-Fettsäuren, einen Zellaufschluss mittels Druckwechseltechnologie sowie die Extraktion mit sub- oder überkritischen Fluiden.

Durch die gezielte Prozessführung können die funktionellen Inhaltsstoffe mit hohem Gehalt bis in den Pilotmaßstab erzeugt werden. In unseren Gewächshaus- und Freilandanlagen am Fraunhofer CBP können wir die Aufarbeitung von Algeninhaltstoffen für Biomassen im 100-kg-Maßstab sowie die Überprüfung von Produktionsprozessen im Pilotmaßstab durchführen.

 

Datenschutz und Datenverarbeitung

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Forschungsthemen

 

Prozessentwicklung in Photobioreaktoren und Scale-up

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.