Lösungen

Zum Wachsen brauchen Algen Kohlendioxid, sie nehmen dies besonders gern aus Rauchgasen. Denn Rauchgase aus Kraftwerken  zum Beispiel enthalten zusätzlich Schwefel- und Stickstoffverbindungen. Dadurch gedeihen Algen noch besser – und tragen durch die Wandlung zu Biomasse und Sauerstoff zum Klimaschutz bei. In unterschiedlichen Forschungs- und Industrieprojekten wurden Algen-Produktionsanlagen für die industrielle Nutzung bei Energieversorgungsunternehmen realisiert und optimiert.

Am 6. November 2008 ging in Niederaußem bei Köln im Beisein des nordrhein-westfälischen Ministerpräsidenten Dr. Jürgen Rüttgers und des RWE-Vorstands die weltweit fortschrittlichste Algenproduktionsanlage zur effizienten Aufnahme und Filterung von Kohlendioxid durch Mikroalgen in Betrieb. Phytolutions war maßgeblich an der Realisierung beteiligt und unterstützt das Projekt weiterhin.

Zusammen mit dem Energieversorger E.ON hat das Phytolutions-Team Kohlendioxidhaltige Abgase aus dem E.ON Kohlekraftwerk in Bremen Farge durch einen Algenbioreaktor geleitet und von den Mikroalgen zu Biomasse umgewandelt werden.

Diese Forderung wird durch die industrielle Produktion von Mikroalgen erfüllt, da sie hinsichtlich der zeitlichen Produktionsrate hocheffizient ist, einen relativ zu Landpflanzen geringen Bedarf von agrarisch sonst nicht nutzbarer Fläche aufweist und da insbesondere aus der Produktion von marinen Miroalgen kein Süßwasserverbrauch resultiert.

Phytoplankton wird als Nahrungsergänzungsmittel inzwischen von den Verbrauchern der westlichen Welt angenommen. Hersteller von Tabletten, die mit Omega-3-Fettsäuren auf Planktonbasis produziert werden, verzeichnen stark steigende Verkaufszahlen. Aus Mikroalgen können antibakterielle oder antivirale Substanzen extrahiert werden. Darüber hinaus kann der tägliche Eiweißbedarf durch den Verzehr von Nahrungsmittel auf Basis getrockneter Mikroalgen gedeckt werden.

Auf dem Gebiet der Nutzung von Mikroalgen zur Herstellung von Nahrungsergänzungs- und Nahrungsmitteln entwickelt Phytolutions neue effiziente Algenproduktions- und Extraktionsverfahren.

Es ist eine Jahrhundertaufgabe der Menschheit: nur wenn der weitere Anstieg der globalen Temperatur auf zwei Grad Celsius begrenzt wird, können gravierende und unabsehbare Folgen des Klimawandels verhindert werden. Die stark gestiegenen CO₂-Emissionen bringen die komplizierte Wechselwirkung in der Atmosphäre aus dem Lot. Hauptverursacher für den prognostizierten Temperaturanstieg ist der Mensch mit den von ihm verursachten Emissionen von Kohlendioxid und anderen Klimagasen.

Kurzfristig kann der Energiebedarf durch erneuerbare Energien nicht gedeckt werden. Bis erneuerbare Energien den gesamten Strom- und Energiebedarf decken könen, werden fossile Energieträger in den nächsten Jahrzehnten weiterhin zur Stromerzeugung bzw. als Treibstoffe benötigt. Einen wichtigen Beitrag zur Reduktion der CO₂-Emissionen kann die Speicherung von CO₂ sein. Das gelingt mittels Abscheidung aus Abgase, Verflüssigung und dauerhafter unterirdischer Sequestrierung in Gesteinsformationen. Eine weitere Möglichkeit der CO₂-Speicherung bieten auch hier die Mikroalgen, wenn die produzierte Biomasse in Baustoffe umgewandelt wird.

Eine nachhaltige Entwicklung ist zum Leitbild dieses Jahrhunderts geworden. Auf der Suche nach neuen Wegen für eine nachhaltige Chemie wird den nachwachsenden Rohstoffen besondere Bedeutung zugemessen werden. Zurzeit beträgt der Anteil an erneuerbaren Rohstoffen am Gesamtrohstoffverbrauch der chemischen Industrie in Deutschland und in den USA etwa 10%. Eine Untersuchung des National Research Council der USA schätzt, dass 2020 bereits 25% und 2090 sogar 90% aller organischen Chemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen stammen werden.  Die Pflanze produziert aus Wasser und atmosphärischem Kohlendioxid durch Photosynthese Biomasse, aus der die nachwachsenden Rohstoffe wie Pflanzenöle und Stärke durch Extraktion in mehr oder weniger reiner Form gewonnen werden. Nach weiterer Verarbeitung und Aufbereitung werden die Grundbausteine wie Glycerin, Fettalkohol und Glucose bereits durch chemische Reaktionen vorliegen. Die anschließende Weiterverarbeitung dieser Grundbausteine ergibt nützliche Produkte, z.B. wie Tenside, Kosmetika und Waschmittel sowie weitere Industrieprodukte. Der Zirkel schließt sich, wenn nach der Nutzung durch natürliche Zersetzung wieder Kohlendioxid und Wasser freigesetzt werden und erneut in den Kreislauf einfließen.

Ähnlich wie bei der Nutzung von Mikroalgen zur Produktion von Biokraftstoffen liegt auch im Bereich der „Grünen Chemie“ der entscheidende Vorteil der Verwendung von Mikroalgen für die Herstellung von Plattformchemikalien in der relativ zu Landpflanzen deutlich überlegenen zeitlichen und flächenbezogenen Produktionsrate. Darüber hinaus gelingt es aufgrund der hohen Zellteilungsrate der Mikroalgen deutlich leichter als bei Landpflanzen, gewünschte Eigenschaften und Inhaltsstoffe durch Züchtung zu erreichen und damit die wirtschaftliche Ausbeute zu maximieren.

Die zunehmende Nutzung von Biomasse als Basis für die Bioenergieerzeugung ist ein viel versprechender Ansatz, der ständig wachsenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien gerecht zu werden. Mit dem Einsatz von Biokraftstoffen sind neben den wirtschaftlichen Aspekten zumindest zwei ökologische verbunden. Dies ist zum Einen die Nachhaltigkeit bei der Nutzung dieser Kraftstoffe, da die derzeit genutzten fossilen Kraftstoffe endlich sind und in absehbarer Zeit nicht mehr zur Verfügung stehen werden, die Rohstoffe für Biokraftstoffe jedoch in Zeiträumen von wenigen Monaten bis Jahren nachwachsen. Zum Anderen soll durch den Einsatz von Biokraftstoffen eine Reduktion der klimaschädlichen Treibhausgase erreicht werden. Dabei spielt bei den Biokraftstoffen vor allem die CO2-Neutralität eine Rolle. Das bedeutet, dass bei der Verbrennung von biogenen Kraftstoffen nur so viel klimaschädliche CO2-Emmissionen in die Atmosphäre abgegeben werden, wie die Pflanze, die dem Kraftstoff als Grundstoff dient, bei ihrem Wachstum zuvor aus der Atmosphäre entnommen hat.

Beim Ersatz von Erdöl durch Biokraftstoff kommt es allerdings zu Abwägungskonflikten etwa zwischen Klimaschutz und dem Schutz von Wasser, Boden und Biodiversität wie auch zu Flächenkonkurrenzen zwischen Energiepflanzenanbau und Nahrungsmittelproduktion. Ein Mehr an Biomasse und Bioenergie bedeutet also nach derzeitigem Entwicklungsstand, dass ein ständig wachsender Anteil bislang agrarisch genutzter Flächen für den Anbau von so genannten Energiepflanzen benötigt wird. Diese Konkurrenz zur ebenfalls flächenintensiven Nahrungs- bzw. Futtermittelproduktion wird durch die Herstellung von hochproduktiven Mikroalgen auf bisher argrarisch ungeeigneten Flächen sowie einer effizienteren Konvertierbarkeit der Biomasse in Treibstoffe oder Plattformchemikalien reduziert. Die Technologie liefert daher einen Beitrag zum ressourcenschonenden sowie materialeffizienten Umgang mit der Umwelt und bietet deutliche wirtschaftliche Potentiale.

Prof. Dr. Laurenz Thomsen aus dem Phytolutions Team ist es 2004 weltweit als erstem gelungen, Mikroalgenbiomasse in Biodiesel zu konvertieren. Phytolutions verfolgt diese Technologie seitdem konsequent weiter.