Nachhaltige Energie aus Algen / KIT präsentiert Mikroalgentechnologie auf der Research&Technology
Auch wenn der Klimawandel derzeit weniger
Schlagzeilen verursacht, die Notwendigkeit zum ökologischen Handeln
bleibt unvermindert hoch. Daran erinnern tagtäglich weiter steigende
Energiepreise. Vor diesem Hintergrund arbeiten Forschung und
Entwicklung mit Hochdruck an Alternativen, um nach Möglichkeit gleich
zwei Ziele gleichzeitig zu erreichen: die Bereitstellung von
nachhaltiger Energie und die Reduktion der klimarelevanten
Kohlendioxid-Emissionen (CO2). Lösungen dieser Art präsentiert einmal
mehr die Research & Technology im Rahmen der HANNOVER MESSE 2012.
Ein Beispiel für Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Sektor der
nachhaltigen Energiegewinnung stellt das Karlsruher Institut für
Technologie (KIT) in diesem Jahr auf der Research & Technology vor:
Algen als nachhaltige Energiequelle.
Mikroalgen sind einzellige pflanzenartige Organismen, die
Photosynthese betreiben und Kohlendioxid in Biomasse umwandeln. Aus
dieser Biomasse lassen sich sowohl Wert- und Wirkstoffe als auch
Futtermittel sowie Energieträger wie Biodiesel gewinnen. Da Algen bei
ihrem Wachstum zuerst die Menge an CO2 binden, die bei der späteren
Nutzung wieder freigesetzt werden, ist die Energie aus Algen unter
dem Strich CO2-neutral.
Vor diesem Hintergrund hat das KIT bereits 2009 eine Plattform für
Mikroalgentechnologie gegründet, an der gleich drei Institute
beteiligt sind - die Arbeitsgruppe Bioverfahrenstechnik des Instituts
für Bio- und Lebensmitteltechnik, die Arbeitsgruppe Bioelektrik des
Instituts für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik sowie die
Arbeitsgruppe Mikroalgen des Instituts für Technikfolgenabschätzung
und Systemanalyse (ITAS). Damit deckt das KIT wichtige Aspekte der
Kette ab, die für die Nutzung der vielseitigen Einzeller relevant
sind. Diese Kette reicht von der Reaktionstechnik über die
Reaktorentwicklung und die Aufarbeitung bis hin zur
Prozessintegration und Gestaltung sowie Bewertung Algen-basierter
Produktionssysteme. Dabei stehen jeweils die Kriterien einer
nachhaltigen Entwicklung im Mittelpunkt.
Die Biomasse aus den Kleinlebewesen hat das Potenzial, CO2 zu
reduzieren. Das liegt daran, dass Algen bis zu fünf Prozent des
Sonnenlichtes in chemische Energie umwandeln können und dabei größere
Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen. Raps und Mais
schaffen vergleichsweise nur etwa ein Prozent. Und die Algen haben
weitere Vorteile: Sie lassen sich in technischen Systemen
kultivieren, beanspruchen keine landwirtschaftlich nutzbaren Flächen
und treten nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Zudem
gedeihen sie in Salz- und Brackwasser oder auch in nährstoffreichen
Abwässern, wodurch der Konkurrenzdruck um Wasser und Düngemittel
verringert wird. "Aus Nachhaltigkeitssicht besitzen Algen enormes
Potenzial", bestätigt Dr. Christine Rösch, Projektleiterin am ITAS.
Jeder fünfte Liter Flugbenzin könnte aus Algen produziert werden
Erst kürzlich hat das KIT dieses Potenzial, welches zur Produktion
von Biomasse durch Mikroalgen in Europa verfügbar ist, in
Abhängigkeit von CO2- und Landbedarf genauer ermittelt. Die Analyse
belegt, dass bis zu 45 Megatonnen Biomasse pro Jahr durch die
Kultivierung von Algen produziert werden könnten. Die Kosten dabei
variieren allerdings erheblich von Standort zu Standort zwischen gut
600 und maximal 2 000 Dollar pro Tonne. Die eindeutig besten
Bedingungen herrschen in Spanien. Allein dort ließen sich 32
Megatonnen Biomasse erzeugen, was insgesamt 70 Prozent des gesamten
europäischen Aufkommens sind. Deutschland dagegen erreicht nur 0,9
Megatonnen pro Jahr.
Neben der Sonneneinstrahlung spielt auch die Verfügbarkeit von
CO2-Quellen eine wichtige Rolle. Da das CO2 in höherer Konzentration
benötigt wird, sind die Abtrennung und der Einsatz von Kohlendioxid
aus industriellen Prozessen sinnvoll. Algen erzeugen hohe
Konzentrationen an Lipiden, wozu auch Öle und Fette zählen, aus denen
sich Kraftstoffe und unter anderem auch Flugbenzin herstellen lassen.
Da der Ölanteil rund 50 Prozent beträgt, wäre es möglich, den
europäischen Bedarf an Kerosin zu 22 Prozent aus Algen zu generieren.
Wasserstoff aus Mikroalgen - "HydroMicPro" macht es möglich
Konkret ist das KIT an mehreren wichtigen national und international
vernetzten Projekten beteiligt. Beim Vorhaben "HydroMicPro" hat das
KIT die Koordinatorfunktion übernommen. Mit insgesamt acht Partnern
aus Wissenschaft und Industrie wird an der Entwicklung
hocheffizienter Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff mit
Mikroalgen gearbeitet. HydroMicPro wird vom Bundesministerium für
Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 2,1 Millionen Euro aus dem
Förderprogramm "Grundlagenforschung Energie 2020+" gefördert.
"In dem Projekt geht es darum, einen preisgünstigen
hocheffizienten Produktionsprozess mit optimierter Biologie und
Verfahrenstechnik zu entwickeln, um die Voraussetzung für eine
massentaugliche Wasserstofferzeugung zu schaffen", erklärt Prof.
Clemens Posten vom Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik.
Zum anderen ist das KIT im EU-Projekt "EnAlgae" ("Energetic
Algae") federführend für die Nachhaltigkeitsanalyse verschiedener
Produktionsverfahren zuständig. Dieses Projekt läuft seit 2011, ist
auf vier Jahre angelegt und wird von der EU mit 14 Millionen Euro
gefördert. EnAlgae soll geeignete Technologien und Verfahren zur
nachhaltigen Erzeugung von Biomasse mit Mikro- und Makroalgen in
Nordwesteuropa entwickeln. "Unser Ziel ist die Identifizierung der
effizientesten und aus ökologischer, ökonomischer und
gesellschaftlicher Sicht vorteilhaftesten Algen-basierten
Prozessketten sowie geeigneter Standorte für die Algenkultivierung",
ergänzt Rösch.
Auf der HANNOVER MESSE 2012 zeigt das KIT einen Photobioreaktor
mit etwa 20 Litern Volumen zur Algenzüchtung. "Wir behandeln die
Algen mit elektrischen Feldern, um die Zellen zu öffnen und die
Inhaltsstoffe zu erschließen", erläutert Dr. Georg Müller vom
Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik. Dabei
handelt es sich zum einen um Rohstoffe beispielsweise für die
Kosmetikindustrie, zum anderen aber im Wesentlichen um Lipide, die
mit Alkoholen extrahiert und zu Kraftstoffen weiterverarbeitet
werden. Die übrige feuchte Biomasse soll über Vergasungsprozesse
ebenfalls zu Kraftstoffen umgewandelt werden. "Wir probieren den
Einsatz von elektrischen Feldern auch zur Wachstumsanregung bei den
Algen, wobei extrem kurze Pulse von Nanosekundenlänge verwendet
werden", sagt Müller.
Die Forschung nach nachhaltigen Energiequellen bleibt ein
Hightech-Gebiet und deshalb außergewöhnlich spannend. Der Besuch der
Research & Technology in Halle 2 ermöglicht erste Einblicke in dieses
Themenfeld der Zukunft.
Über die HANNOVER MESSE
Das weltweit bedeutendste Technologieereignis wird vom 23. bis 27.
April 2012 in Hannover ausgerichtet. Die HANNOVER MESSE 2012 vereint
acht Leitmessen an einem Ort: Industrial Automation, Energy,
MobiliTec, Digital Factory, Industrial Supply, CoilTechnica,
IndustrialGreenTec und Research & Technology. Die zentralen Themen
der HANNOVER MESSE 2012 sind Industrieautomation und IT, Energie- und
Umwelttechnologien, Industrielle Zulieferung, Produktionstechnologien
und Dienstleistungen sowie Forschung und Entwicklung. China ist das
Partnerland der HANNOVER MESSE 2012.
