Treibstoff aus Algen – Forschungsprojekt der TU München

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Treibstoff aus Algen ist das Ziel eines neuen Forschungsprojektes an der TU München. Worum geht es dabei? Biochemiker sehen in Algen ein großes Potenzial zur Produktion von regenerativen Treibstoffen und chemischen Wertstoffen. Deshalb hat die Technische Universität München (TUM) in Kooperation mit der Airbus Group auf dem Ludwig Bölkow Campus in Ottobrunn das Algentechnikum, eine weltweit einmalige Anlage zur Algenzucht, aufgebaut. Wir sprachen mit Prof. Dr. Thomas Brück, Leiter des Fachgebietes Industrielle Biotechnologie an der TUM, über das Algentechnikum.

M-Q: Das Algentechnikum wurde im Oktober 2015 eingeweiht. Wie entwickeln sich seitdem die Algen?

Prof. Brück: Wir haben jetzt angefangen die ersten Experimente durchzuführen. Bei der Eröffnung gab es bereits eine Basiskultivierungsplattform, jetzt sind drei weitere Reaktionsgefäße hinzugekommen. Wir testen unter den Klimabedingungen von Almeria die ersten Algenstämme, die hier bei uns aus dem Labor gekommen sind. Almeria ist ein Ort in Spanien, der für das Algenwachstum gut geeignet ist.

M-Q: Wie lange dauert ein Experimentierzyklus und was genau passiert dort?

Foto: Sofia Delgado

Forschungsprojekt Treibstoff aus Algen: Forschungseinrichtung an der TU München

Prof. Brück: Zunächst werden die Algen angeimpft. Das heißt, die Algen bekommen eine Nährlösung bestehend aus einem Gemisch aus Salzen bspw. angereichert mit Phosphat und Nitrat. Vom Animpfen bis zur Ernte dauert ein Experimentierzyklus 14 Tage und wir sind gerade dabei, Ergebnisse zu produzieren. Diese sehen momentan ganz gut aus. So viel kann man bereits sagen: Die Ausbeute der Biomasse liegt bereits jetzt schon höher als das, was die Literatur vorgibt. Wir versuchen diese Nährlösung weitgehend im Kreis zu fahren. Zyklisierung ist ein großes Thema, nicht nur vom Thema Wasser her betrachtet, sondern auch von den Nährstoffen, die nicht gebraucht werden. Das hat zudem den Vorteil, dass die Nährlösung mehrmals verwendet  bzw. immer wieder aufgefüllt werden kann.

M-Q: Welche Eigenschaften machen Algen für die Wissenschaft so attraktiv?

Prof. Brück: Algen sind sozusagen die dritte Generation Biomasse, wenn man von Generationen sprechen darf. Mais gehört zur ersten Generation. Mais wächst auch sehr schnell, braucht aber enorm viel Dünger. Um den Dünger zu produzierten, ist sehr viel Energie nötig. Zum Vergleich: Algen wachsen zehn Mal schneller als Mais und haben einen 30 Prozent höheren Ertrag pro Hektar als Landpflanzen. Der Grund: Bei Algen kann – anders als bei Landpflanzen – die ganze Pflanze genutzt werden und nicht nur die Früchte bzw. die Körner, in denen die Stärke enthalten ist. Die Algen, mit denen wir arbeiten, enthalten 50 bis 60 Prozent Fette. Damit ist die Zielausbeute an Ölen oder auch Stärke, je nachdem was man gerne haben möchte, viel höher.

M-Q: Es gibt schätzungsweise um die 150.000 Algenarten. Gibt es bevorzugte Arten, die im Algentechnikum gezüchtet werden und wenn ja, welche Eigenschaften besitzen sie?

Prof. Brück: Bisher sind sehr viele Algenarten untersucht worden, die aus dem Süßwasser kommen. Von den 5.000 Arten, die ansatzweise charakterisiert sind, gibt es zehn Arten, die industriell angewendet werden, meistens für hochwertige Produkte wie z.B. Farbstoffcarotinoide. Für Kraftstoffanwendungen kommen andere Algen zum Einsatz. Wir konzentrieren uns nicht auf Süßwasseralgen, da wir nicht mit dem Süßwasserverbrauch für die Nutzung beim Menschen – als Trinkwasser und für die Landwirtschaft – konkurrieren möchten. Deswegen haben wir uns für salzliebende Algen entschieden. Diese haben außerdem den Vorteil, dass sie bei doppelten bis dreifachen Salzgehalt des Meeres wachsen. Ein weiterer Vorteil ist, dass in der Algen-Nährlösung mit einer so hohen Salzkonzentration nur diese Algen wachsen. Wenn Algen in Zukunft in offenen Algen-Reaktoren gezüchtet werden, dann handelt es sich um eine große Vertiefung im Boden. Sollte ein Sturm kommen und evtl. ein Vogel in den offenen Reaktor mit den Algen hineinfallen oder Sand eingeweht werden, passiert aufgrund des hohen Salzgehaltes des Wasser den Algen nichts. Im Süßwasser würde das Wasser verunreinigt und der Wachstunsprozess der Algen gestört werden. Durch den Einsatz der Algen, die im Salzwasser gedeihen, hat man also eine höhere Prozessstabilität. Ein hoher Salzgehalt hat außerdem einen hohen alkalischen PH-Wert, so um PH8. An diesem PH-Wert ist CO2 besser im Wasser löslich. Das heißt, es ist zugleich länger für die Algen im Wasser verfügbar, um von diesen in Biomasse umgewandelt zu werden. Zugleich werden so die Prozesskosten gesenkt.

Treibstoff aus Algen für Flugzeuge?

M-Q: Kommen denn auch heimische Algen, etwa aus der Nordsee oder Ostsee, zum Einsatz?

Prof. Brück: Wir haben einen heimischen Algenstamm aus Greifswald, also aus der Ostsee, der sehr gut gedeiht. Im Übrigen wurde der Stamm der Ostsee-Algen zusammen mit unserem Partner, der Uni Greifswald, zum ersten Mal beschrieben.

M-Q: Die Algenproduktion findet unter künstlichen Bedingungen statt. Wie ist es möglich, nahezu identische Bedingungen, wie sie in der Realität vorliegen, zu schaffen?

Prof. Brück: Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit kann man über Klimasimulation angleichen, wie es das bereits schon länger gibt. Was komplett neu ist, ist das wir Sonnenlicht in Stärke und Spektrum simulieren können. Das geht über unsere Highpower LED-Anlage, welche die weltweit größte Anlage dieser Art ist.

M-Q: Wie lange wird es schätzungsweise brauchen, bis der regenerative Treibstoff aus Algen marktreif ist?

Prof. Brück: Wir gehen von fünf bis sieben Jahren Entwicklungszeit bis zur Markreife aus. Es gibt bereits Bestrebungen kommerziell offene Systeme zu implementieren. Wir haben das als Modell gewählt, um unsere Technologien später im Industriemaßstab realisieren zu können. In der nächsten Phase steht bei uns ein Testflug mit einem unbemannten Flugzeug von Airbus, unserem Partner, an.

M-Q: Wird es in Zukunft möglich sein, sein Auto mit Algen-Benzin oder Algen-Diesel zu betanken?

Prof. Brück: Prinzipiell ja. Wir haben uns aber auf Flugkraftstoffe konzentriert, da wir der Überzeugung sind, dass diese Technologie für das Auto eigentlich nicht notwendig ist. Das Auto ist sehr flexibel in seinem Antrieb. Autos können bspw. auch mit Elektrizität fahren. Das Flugzeug wird das wohl in den nächsten 50 bis 100 Jahren nicht können. Hier wird man wohl langfristig auf flüssigen Kraftstoff zurückgreifen müssen, der chemisch den gleichen regulatorischen Ansprüchen entspricht, wie der Flugzeug-Kraftstoff aus der Petrochemie. Der Treibstoff aus Algen, an dem wir arbeiten, wird zertifiziert, da er am Boden als auch in der Luft bei -40 Grad und in 10.000 Meter Höhe flüssig sein muss. Ich bin mir sicher: Unsere Algentechnologie wird in Zukunft künstliches Kerosin realisieren können.

M-Q: Im Projektbaustein AlgenFlugKraft (AFK) forscht man an Algen-Kerosin für die Luftfahrt. Hier ist die Forschung bereits weiter: Der erste Linienflug mit einem Biokraftstoff aus Algen fand zwischen Houston und Chicago statt. Noch ist Algen-Kerosin nicht im industriellen Maßstab verfügbar. Warum nicht?

Prof. Brück: Wir sind jetzt erstmalig befähigt systematisch die Klimasituation auszutesten und wir gehen auch neue Wege in der Reaktorgeometrie. Wir versuchen nicht im Satzverfahren zu kultivieren, dass heißt , ich mache eine Kultivierung für 14 Tage und breche dann ab und fange dann wieder neu an. Wir arbeiten kontinuierlich in einem Kreislauf-Verfahren, weil damit Ressourcen gespart werden und die Raum-Zeit-Ausbeute erhöht wird,  denn es entstehen keine Leerzeiten.

M-Q: Auch andere Nationen forschen an Treibstoff aus Algen. So existiert auch in den USA eine Versuchsanlage. Wie sieht die Wettbewerbssituation momentan aus? Gibt es einen Wissens- und Erfahrungsaustausch?

Treibstoff aus Algen – Forschungsprojekt ist „Engeneering Made in Germany“

Treibstoff aus Algen: Algen in einer Nährlösung im Forschungslabor der TU MünchenFoto: Sofia Delgado

Algen in einer Nährlösung im Forschungslabor der TU München

Prof. Brück: Ein gewisser Austausch findet zwar schon auf Konferenzen statt, aber man kann sehr schlecht kooperieren, weil es keine Programme gibt, die eine wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen den USA und Deutschland auf akademischer Ebene erlauben. Wir wissen aber, dass die amerikanischen Kollegen noch nicht so weit sind wie wir auf diesem Gebiet der Algenforschung. Das Department of Energie (DOE) in den USA hat eine andere Vorgehensweise als wir hier in Deutschland: Hier in Deutschland wird erst die akademische Forschung gefördert und dann die Industrie. In Amerika werden direkt die Start-ups gefördert. Deshalb ist dort die Fluktuation auch größer, die Start-ups sind von ihren Geldgebern abhängig und sollen so schnell wie möglich Rendite abwerfen. Von ehemals sieben Unternehmen in den USA forschen jetzt nur noch drei an der Algentechnik zum Thema Treibstoff aus Algen. Ein Start-Up hat sich inzwischen auf Tierfutter spezialisiert und ist nicht mehr in der Treibstoff-Forschung tätig, da in der Tierfutter-Branche schneller Gewinne zu realisieren sind. Diese Situation haben wir hier in Deutschland nicht. Wir machen hier „Engineering Made in Germany“, das heißt auch mit einer hohen Qualität und mit einer höheren Finanzierungssicherheit.

M-Q: Ein weiteres Ziel Ihrer Forschungstätigkeit ist die Herstellung von chemischen Wertstoffen auf der Grundlage von Algen. Können Sie hierfür konkrete Beispiele nennen, was damit gemeint ist?

Prof. Brück: Chemische Wertstoffe sind solche Dinge wie Antioxidantien, die bspw. im Flugkraftstoff enthalten sind. Wir haben das als weiteres Projekt geplant, wo das Thema Antioxidationsmittel im Vordergrund stehen wird. Es handelt sich dabei um Phenole, die normalerweise auch aus der Petrochemie kommen und die ein breites Anwendungsgebiet haben. So kommen diese Stoffe nicht nur im Flugkraftstoff zum Einsatz, sondern auch in der Kunststoffindustrie.

M-Q: Beeinflusst die Meeresverschmutzung, etwa mit Plastikmüll oder Mikropalstik, die Qualität und die Eigenschaften von Algen? Ist darüber etwas bekannt?

Prof. Brück: Bisher haben wir keine Erfahrungen dazu, dass Mikroplastik in irgendeiner Form das Algenwachstum beeinflusst.

Vielen Dank für das Interview!

Kontakt:

Ludwig Bölkow Campus GmbH
Alexander Mager – Geschäftsführer

81663 München
Telefon: +49 (0)89 607-34510
www.lb-campus.com

https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/kurz/article/32655/

(Fotos: Dr. Sofia Delgado)

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1 Kommentar

  1. Ich finde es wirklich klasse, dass Sie sich all diese Mühe machen und die Informationen mit uns teilt. Danke dafür. Wünsche frohe Weihnachten.
    Gruß Karin

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