Algenbiomasse als regenerativer Energieträger

Algen weisen je nach Wachstumsbedingungen einen hohen Protein-, Kohlenhydrat- oder Lipidgehalt auf. Schnell wachsende Algen haben einen hohen Proteingehalt, der alle proteinogenen Aminosäuren enthält. Bei Wachstumslimitierung durch Stickstoff- oder Phosphatmangel und gleichzeitigem CO2- und Lichtangebot bilden viele Algen jedoch Kohlenhydrate oder Lipide als Speicherstoffe.

Algen können dabei Lipidgehalte von bis zu 70 Prozent und Stärkegehalte von bis zu 60 Prozent erreichen. Speicherlipide sind vor allem Triacylglyceride mit den Hauptfettsäuren C16:0, C16:1 und C18:1, welche vorwiegend als Kraftstoff – entweder durch die Gewinnung des Öls oder nach Umesterung als Biodiesel – von Interesse sind.

Stärke kann als Substrat für verschiedenste biotechnologische Prozesse zur Produktion von Kraftstoffen oder Basischemikalien genutzt werden. Für die Stärkeproduktion mit Mikroalgen wurde im IGB ein zweistufiger Prozess etabliert, ins Freiland übertragen und bis zur Pilotproduktion im kg-Maßstab weiterentwickelt.

Nachhaltigkeit durch Kreislaufführung

Kreislaufschema der Freilandkultivierung von Mikroalgen

Kreislaufschema der Freilandkultivierung von Mikroalgen.

Um in Zukunft nachhaltige, ressourcenschonende und umweltverträgliche Verfahren für die stoffliche und energetische Nutzung von Algenbiomasse zu etablieren, entwickelt das Fraunhofer IGB Prozesse, bei denen Mikroalgen Abgas-CO2 photosynthetisch nutzen. Das Abgas-CO2 kann hierbei sowohl aus Verbrennungsprozessen als auch aus biotechnologischen Prozessen wie z. B. der Ethanolherstellung stammen.

Unser Ansatz sieht vor, zunächst die Wertstoffe aus den Algen zu gewinnen und anschließend die Restbiomasse in einer Biogasanlage zu vergären. Nach der Erzeugung von Strom und Wärme aus dem Biogas im Blockheizkraftwerk kann das entstandene CO2 wieder in den Kreislaufprozess zur Algenbiomasseproduktion zurückgeführt werden. Für eine positive Energiebilanz der photoautotrophen Algenproduktion ist die Nutzung von Abfall-CO2 eine wichtige Grundvoraussetzung.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Abwasserströme aus der Biogastechnik, welche anorganische Nährstoffe wie Ammonium und Phosphat enthalten, zu nutzen. Die Algen sind bei diesem Ansatz das Bindeglied zwischen unbelebter und belebter Materie, da sie mittels Sonnenlicht in der Lage sind, aus anorganischen Komponenten organische Stoffe zu synthetisieren.

Referenzprojekte

Lipidreiche Algenbiomasse als regenerativer Energieträger

Für die Produktion von Algenbiomasse zur energetischen Verwertung ist eine Übertragung dieses Prozesses in das Freiland unter Nutzung des Sonnenlichts notwendig. Hier besteht die Herausforderung darin, einen Prozess zu etablieren, der auch unter variierenden Bedingungen im Freiland stabil läuft und Biomasse mit hohem Lipidgehalt generiert.

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Bioraffinerie auf Basis stärkereicher Algenbiomasse

Laufzeit: Dezember 2012 – November 2015

Biokraftstoffe wie Ethanol oder Biodiesel werden aus pflanzlichen Rohstoffen hergestellt. Eine Alternative, die ohne die Nutzung von auch für die Nahrungsmittelproduktion benötigten Ackerflächen auskommt, stellt die Produktion von Biokraftstoffen auf der Basis von Mikroalgen dar. Ziel des Projekts war die Erzeugung stärkehaltiger Algenbiomasse in geschlossenen Photobioreaktoren und die Nutzung der Hauptkomponente Stärke für die Produktion von Ethanol. 

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DeDeBio – Optimierte Vergärung von Algenbiomasse durch Modellierung und Simulation

Im Rahmen Projektes werden mathematische Modelle für die Auslegung dezentraler Biomasse-Kraftwerkskonzepte entwickelt. Zur Erzeugung von Biogas soll sowohl ein thermisches Holzvergasungsverfahren (DLR) als auch ein biologisches Verfahren, mit Algen als Ausgangsstoff, betrachtet werden.

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