Mikroalgen – nachwachsende Rohstoffe für die Bioökonomie - Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

Ein Beitrag von Prof. Dr. Carola Griehl, Hochschule Anhalt

Die Menschheit verbraucht in einem Jahr so viel Öl, Kohle und Gas, wie die Natur innerhalb von einer Millionen Jahre gebildet hat. Das Zeitalter der fossilen Rohstoffe, aus denen wir fast 80% unseres Energiebedarfes decken und viele Alltagsprodukte gewinnen, neigt sich dem Ende zu.

Aufgabe der Bioökonomie ist es, die fossilen Stoffkreisläufe auf eine biobasierte Wirtschaft mit nachwachsenden Rohstoffen umzustellen. Aufgrund begrenzter landwirtschaftlicher Flächen kann die steigende Nachfrage an Biomasse als Lebensmittel, Wirkstoffproduzent, Industrierohstoff und Energieträger nicht allein über den Anbau von Pflanzen gedeckt werden.

Alternative Rohstoffquellen sind Biomassen von Mikroalgen, die nahezu ganzjährig in Photobioreaktoren mit Hilfe von Licht und CO₂ in wässrigen Nährmedien produziert werden können. Aufgrund kurzer Verdopplungszeiten liefern Mikroalgen höhere Biomasseerträge als Landpflanzen (jährlich 50-150 t/ha, im Vergleich Weizen 6-9 t/ha, Raps 3-5 t/ha), verwerten mehr CO₂ und benötigen keine landwirtschaftlichen Flächen (keine Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion). Die Biomasse kann nach Entwässerung als Rohstoff genutzt werden.

Algen (lat. Alga: Tang, Seegras) sind umgangssprachlich einfach organisierte Wasserpflanzen, die als mikroskopisch kleine Mikroalgen oder bis zu mehreren Metern lange Makroalgen auftreten. Makroalgen (alle Braunalgen, viele Rotalgen und einige Grünalgen) wachsen überwiegend im Meer. Sie werden zur Herstellung von Sushi, Alginaten, Textilien oder Kosmetika in flachen Meeresbuchten manuell in sogenannter Mari-Kultur (Aquakultur im Meer) angebaut.

Zu den Mikroalgen zählen die Blaualgen (prokaryotischen Cyanobakterien) und die einzelligen eukaryotischen Algen, wie Kiesel-, Gold-, Grün- und Rotalgen. Diese winzigen Organismen leben meist schwebend in Gewässern und bestreiten fast die Hälfte der Photosynthese und Sauerstoffproduktion auf der Erde. Dabei binden sie große Mengen CO₂ und beeinflussen maßgeblich das Klima.

Bisher sind ca. 44.000 Arten beschrieben und nur wenige genauer charakterisiert. ExpertInnen rechnen mit über 500.000 nicht entdeckter Arten – ein nahezu unerschöpfliches Potenzial für die biotechnologische Nutzung. Die einzelnen Klassen sind wenig miteinander verwandt und unterscheiden sich deutlich in ihren Stoffwechselwegen und Produktspektren. Viele Arten bilden Stoffe, die aus Pflanzen nicht gewonnen werden können.

Gegenüber dem Pflanzenanbau ist die industrielle Mikroalgenproduktion noch eine junge Disziplin, die 1960 startete und jährlich wächst. Aktuell werden nur wenige Mikroalgen kommerziell genutzt, die in Form von Biomasse vor allem als Nahrungsergänzungs- & Futtermittel vermarktet werden. Die Produktion von Wertstoffen steht noch am Anfang und beschränkt sich auf hochwertige Produkte, insbesondere Omega-3-Fettsäuren, Naturfarbstoffe und Kosmetikextrakte.

Enorme Marktchancen bieten Pharmawirkstoffe, spezifische Kohlenhydrate, Proteine, Biokunststoffe und Öle. Auch können eine Vielzahl von Stoffen, die gegenwärtig der Erdölchemie entstammen, aus Algen gewonnen werden. Hierzu ist es erforderlich die gesamte Prozesskette, von der Kultivierung bis zur Aufarbeitung, zu optimieren, um die noch zu hohen Produktionskosten zu senken. Ein wichtiger Weg ist die Entwicklung von Bioraffinerien mit Algenbiomasse, die analog zu einer Erdöl-Raffinerie die Rohstoffe vollständig nutzt und Reststoffströme recycelt.

Die hier veröffentlichten Inhalte und Meinungen der Autorinnen und Autoren entsprechen nicht notwendigerweise der Meinung des Wissenschaftsjahres 2020/21 – Bioökonomie.​