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Zukunft Algenforschung: Kostbarkeiten aus dem Wasser

Mikroalge in sogenannten Photobioreaktor Screening Modulen (Bild: FAU)

Mikroalge in sogenannten Photobioreaktor-Screening-Modulen (Bild: FAU)

FAU-Wissenschaftler wollen in großem Stil Algen für die Wirtschaft nutzbar machen

Knapp eine Million Euro aus den Töpfen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung stehen Prof. Dr. Rainer Buchholz und seinem Kollegen Prof. Dr. Antonio Delgado zur Verfügung, um eine Vision in die Tat umzusetzen: Im industriellen Maßstab wollen die beiden Wissenschaftler gemeinsam mit der Firma Eon Hanse einzellige Algen kultivieren, um daraus die Wertstoffe zu ziehen, die so eine Alge zu bieten hat: Von antiviralen und antibakteriellen Substanzen für den Einsatz in der Medizin über Farbstoffe und Biowerkstoffe bis hin zu Fettsäuren für flüssige Biotreibstoffe reicht da das Spektrum.

Mit den verbleibenden Resten der Algen könnten dann noch Biogasanlagen betrieben werden. Der Clou: Die Forscher nehmen das Klima in Deutschland für eine Kultivierung ins Visier, so dass später nicht auf ein südliches Land für die Produktion ausgewichen werden muss. Das Projekt wird allerdings nicht nur am Standort Erlangen betrieben, sondern auch im koreanischen Busan, wo die FAU ihren Zweig-Campus betreibt und junge Chemie- und Bioingenieure ausbildet. Der industrielle Kooperationspartner Eon steuert ebenfalls Forschungsleistung und die Nutzung einer großen Freilandanlage bei.

Ein Multitalent im Fokus von Forschung und Industrie

Sie haben so klangvolle Namen wie Dunaliella, Chlorella oder Spirulina. Mikroskopische Bilder von Mikroalgen sind oft wunderschön. Als Wert- und Rohstofflieferanten aber sind sie vor allem deshalb so interessant, weil sie mit Hilfe ihrer Photosynthese das preiswerte Sonnenlicht als Energie nutzen können. Und: Sie enthalten erstaunlich viele begehrte und hochwertige Substanzen, die der Mensch für verschiedenste industrielle Anwendungen verwerten kann. Außerdem stellen sie wichtige Rohstoffe her, die als Alternativen zu aktuell genutzten endlichen Ressourcen dienen können.

Die Rede ist von einzelligen Algen, die schon seit etlichen Jahren die Phantasie der Biotechnologie beflügeln – als nachwachsende Rohstoffe für flüssige Treibstoffe zum Beispiel. Allerdings fehlten bislang häufig effiziente Verfahren, um die industrielle Nutzung von Algen wirtschaftlich zu machen. Am Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik an der FAU wollen Prof. Dr. Buchholz und seine Leute erste Anwendungen entwickeln und untersuchen, welche Möglichkeiten sich in diesem Zusammenhang ergeben. Ziel des Projekts ist es, einen möglichst hohen Effizienzgrad bei der Auswertung der Algenbiomasse zu erzielen, ähnlich wie es in der Erdölraffinerie inzwischen zur Perfektion getrieben ist. Gleichzeitig sollen zu diesem Zweck neue Algen-Spezies identifiziert werden, die als Wert- und Rohstofflieferanten besonders geeignet sind.

Zunächst geht es den Wissenschaftlern darum, möglichst viele verschiedene Algen-Spezies zu kultivieren und im Hinblick auf ihre Verwertbarkeit unter die Lupe zu nehmen. „In einem Screening sehen wir uns ganz unterschiedliche Algenarten an – von marinen Algen über Süßwasseralgen“, erklärt Buchholz. Die Salzwasseralge Dunaliella salina zum Beispiel enthalte jede Menge Beta-Carotin und sei auch bei hohen Salzkonzentrationen kultivierbar. Andere Sorten wiederum liefern Fettsäuren, die für den Energiesektor von Bedeutung sind. Dafür betrachten die Bioverfahrenstechniker vor allem im Freiland kultivierte Algen, deren Produktion relativ billig sein kann.

Vorteile durch länderübergreifende Analysen

Sie wollen auch untersuchen, ob man das Kohlendioxid aus Abgasen von Kraftwerken als Kohlenstoffquelle einsetzen kann – zum Beispiel in der Anlage, die Kooperationspartner Eon Hanse in Hamburg betreibt. Im Labor an seinem Erlanger Lehrstuhl dagegen hat Buchholz, der übrigens auch die Fachgruppe „Algenbiotechnologie“ bei der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. leitet, eine geschlossene Kultivierungsanlage für Mikroalgen aufgebaut, die mengenmäßig vom Glaskolben über Literanlagen bis hin zum 120-Liter-Reaktor alles bieten kann. Konzipiert für sterile Bedingungen, ist sie der Ort, aus dem die Forscher eher Wirkstoffe für medizinische Anwendungen extrahieren können.

Doch mit Untersuchungen in Deutschland wollen sich Buchholz und seine Kollegen nicht zufrieden geben: Das Projekt „Micro algae biorefinery“ ist als Kooperationsprojekt zwischen der FAU und ihrem koreanischen Ableger, dem FAU Campus Busan angelegt. Dort werden ebenfalls Chemie- und Bioingenieure an dem Screening mitarbeiten, Algen kultivieren und neue Spezies identifizieren, die bislang vielleicht noch gar nicht bekannt waren. Bei ersten Untersuchungen haben die Forscher auch schon „einige Vertreter entdeckt, die wir für sehr relevant erachten“, meint Buchholz. „Und wir hoffen, weitere interessante neue Kandidaten zu finden.“

Der Charme von Korea: Es hat, anders als Deutschland, eine große Küstenlinie – und damit jede Menge Platz für Anlagen, in denen die Algen gedeihen. Außerdem sei das Klima in Korea für den vergleichenden Blick interessant: Busan liegt etwa auf dem Breitengrad von Neapel. Buchholz möchte nun herausfinden, wie sich die unterschiedliche Sonnenintensität und Tageslichtdauer an den beiden Standorten auf das Wachstum der Algen auswirkt.

Sind schließlich geeignete Spezies gefunden, geht es darum, den größtmöglichen Nutzen aus der Alge zu ziehen – möglichst alle Bestandteile sollen optimal ausgewertet werden, um verschiedene Bedürfnisse der Industrie zu befriedigen. Dieses Projektziel verbirgt sich hinter dem Fachbegriff „Bioraffinerie“ und soll in enger Zusammenarbeit mit den Strömungsmechanikern der FAU geschehen: Prof. Delgado und sein Team wollen mittels strömungsmechanischer Berechnungen die Reaktoren so optimieren, dass selbst in dichten Kulturlösungen aus stark wachsenden Algen alle Einzeller genügend Licht bekommen.

Solche Kulturflüssigkeiten sind schnell so undurchsichtig, dass Licht von außen nicht mehr sehr tief eindringen kann. Die meisten Algen können deshalb ohne geeignete Maßnahmen kaum noch Energie beziehen. Zugleich versuchen die Prozess-Experten, geeignete Verfahren in Reihe zu schalten, um die Alge in einem Bioraffinerieverfahren möglichst effizient zu nutzen, was den Gesamtprozess wirtschaftlich machen soll. „Wir hoffen, im Lauf der kommenden drei Jahre schon erste Ergebnisse vorzeigen zu können, um zu demonstrieren, wie erfolgversprechend Algen für uns in Zukunft sein werden “, erklärt Buchholz.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Rainer Buchholz
Tel.: 09131/85-23003
rainer.buchholz@bvt.cbi.uni-erlangen.de

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