Mikroalgen effizient züchten in Rohren aus PLEXIGLAS®

Das Potenzial von Mikroalgen ist riesig: in der Nahrungs­mittel­produktion und bei Pharmaprodukten, aber auch als Rohstoff für die Energiegewinnung. Bioreaktoren aus PLEXIGLAS® tragen durch ihre hervorragende Lichtdurchlässigkeit zu einem optimalen Umfeld für das Wachstum der kleinen Alleskönner bei.

Mikroalgen sind mikroskopisch kleine Lebewesen. Je nach Art wachsen sie bis zu 30-mal schneller als Landpflanzen und können pro Fläche bis zu fünfmal mehr Biomasse als klassische Energiepflanzen bilden. Dabei stehen Mikroalgen nicht in Konkurrenz zu bereits vorhandenen Ackerflächen, denn in Algenfarmen gedeihen sie auch dort bestens, wo es keine fruchtbaren Böden gibt. Für ihr Wachstum nutzen sie zudem CO2 als Kohlenstoffquelle und tragen dazu bei, dieses Treibhausgas zu binden.

Rohstoffquelle der Zukunft

Aus diesen Gründen stehen Mikroalgen derzeit im Interesse verschiedener Branchen. Genutzt wird Algenextrakt beispielsweise schon in Nahrungs­ergänzungsmitteln und Kraftfutter sowie in Kosmetik- und Pharmaprodukten. Erprobt werden Mikroalgen derzeit zudem als alternative Energiequelle zur Herstellung von Biogas. Noch wichtiger könnten sie künftig als Nahrungsmittel zur globalen Ernährungssicherung werden.

Denn die Weltbevölkerung wächst nach Schätzungen der Vereinten Nationen bis zum Jahr 2050 auf bis zu 9,7 Milliarden Menschen. Gleichzeitig schrumpft jetzt schon der Anteil fruchtbarer, landwirtschaftlich nutzbarer Böden. Das bedeutet: Pro Kopf wird in Zukunft noch weniger Fläche für den Lebensmittelanbau zur Verfügung stehen. Gefragt sind daher neue Konzepte zur Nahrungsmittelproduktion.

Mikroalgen könnten hierbei eine wichtige Rolle spielen: Sie enthalten viele wertvolle Nährstoffe und sind reich an Proteinen. Gattungen wie Chlorella und Spirulina beispielsweise sind eiweißhaltiger als Fleisch, Fisch oder Soja. Heute sind Algen daher schon als Extrakt in Nahrungsmitteln enthalten. Künftig könnte dieser Anteil steigen – und Algen könnten außerdem immer öfter direkt als Speise auf unseren Tellern landen.

Industrielle Produktion noch am Anfang

Mikroalgen wachsen in Meeren und Seen oder auf steinigen Oberflächen. Weil die Ernte natürlicher Algenbestände zu aufwendig ist, kommen sie als Rohstofflieferanten für die Massenproduktion nicht in Frage. Eine Alternative ist die industrielle Produktion von Mikroalgen. Algenzüchter nutzen hierfür verschiedene Systeme: entweder offene Becken oder geschlossene Bioreaktoren aus Platten oder Rohren, die im Freiland oder in Gewächshäusern stehen – und mancherorts sogar an Hausfassaden montiert werden. In den Systemen werden Mikroalgen mit allem zusammengebracht, was sie für ihr rasantes Wachstum benötigen: Licht, CO2, Wasser und Nährstoffe.

Trotz der Vielzahl an aussichtsreichen Anwendungsfeldern steckt die industrielle Mikroalgenzucht noch in den Kinderschuhen. Nach Ansicht der Fachgruppe Algenbiotechnologie der Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie (DECHEMA) ist ein Grund dafür, dass nach wie vor erhebliche Probleme bestehen, hochwertige Algenbiomasse im industriellen Maßstab kostengünstig und vor allem energieneutral zu produzieren.

Vorteile von Bioreaktoren

Unternehmen und Forschungsinstitute arbeiten derzeit weltweit an effizienteren Verfahren zur Algenzucht. Doch Mikroalgenzucht ist nicht gleich Mikroalgenzucht. Bei der Auswahl des passenden Systems spielen die jeweilige Algenart und deren Bedürfnisse, die örtlichen Gegebenheiten sowie nicht zuletzt das spätere Anwendungsgebiet eine Rolle. So werden beispielsweise in der Nahrungsmittelproduktion höhere Anforderungen gestellt als an Biomasse zur Energiegewinnung.

Gerade bei höheren Anforderungen haben geschlossene Systeme nach Ansicht vieler Experten gegenüber offenen Becken zwei entscheidende Vorteile: Im Vergleich zur exponierten Oberfläche der offenen Becken sind Bioreaktoren weniger anfällig für Kontaminationen. Zum Beispiel können durch Wind und Staub keine Pestizide und keine anderen Schadstoffe eingetragen werden. Außerdem gelangt in Bioreaktoren Licht von mehreren Seiten zu den Algen und nicht nur an der Beckenoberfläche. Um diesen Vorteil auszuspielen, muss die transparente Hülle des Bioreaktors im Verhältnis zum Volumen groß sein und dauerhaft möglichst viel einfallendes Licht zu den Algen durchlassen. So wie bei Bioreaktoren aus PLEXIGLAS®, die aktuell bereits in verschiedenen Projekten weltweit für die Kultivierung von Mikroalgen eingesetzt werden.

92 Prozent Lichtdurchlässigkeit

PLEXIGLAS® kann UV-durchlässig für das volle Spektrum der Sonnenstrahlen hergestellt werden und ermöglicht mit einer Lichtdurchlässigkeit von bis zu 92 Prozent optimale Bedingungen für das Wachstum der Mikroalgen. Diese brauchen neben Nährstoffen und Wasser sowie Kohlendioxid aus der Luft vor allem viel gleichmäßiges Licht. PLEXIGLAS® ist einer der transparentesten Werkstoffe, die es gibt. Es findet nahezu keine Absorption von sichtbarem Licht im Material statt.

Der Transmissionsgrad bleibt zudem über Jahrzehnte erhalten: Die materialeigene UV-Stabilität verhindert bei nahezu allen farblosen, transparenten Varianten des Markenacrylglases, dass es vergilbt und damit seine Lichtdurchlässigkeit verliert – garantiert für 30 Jahre. PLEXIGLAS® ist darüber hinaus leichter als vergleichbare Geometrien aus Glas und geeignet für den Kontakt mit Süßwasser und Salzwasser. Viele PLEXIGLAS® Produkte sind außerdem für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen.

Außerdem lässt sich PLEXIGLAS® einfach verarbeiten und in verschiedenen Formen herstellen. Aktuell werden vor allem PLEXIGLAS® XT Rohre in der Algenzucht eingesetzt. Es könnten sich aber auch weitere Geometrien eignen, beispielsweise PLEXIGLAS® Stegplatten mit ihren Hohlkammern. Denkbar ist zudem, dass künftig spezielle Geometrien aus PLEXIGLAS® für die Algenzucht hergestellt werden, um an die jeweiligen Anforderungen der Mikroalgen angepasste Bioreaktoren zu bauen.

Leicht zu reinigen

Dank dieser Eigenschaften wachsen die Mikroalgen in Bioreaktoren aus PLEXIGLAS® nahezu unter Naturbedingungen und können effizient geerntet werden. Danach kann der Anbauzyklus von vorn beginnen. Dementsprechend oft müssen die Bioreaktoren gereinigt und neu befüllt werden. Die glatte, porenlose Oberfläche von PLEXIGLAS® verhindert, dass Fäulnisbakterien oder Mikroorganismen haften bleiben. Bioreaktoren aus PLEXIGLAS® bleiben langanhaltend sauber und sind zudem beständig gegenüber vielen Reinigungsmitteln. Damit tragen sie zu einer effizienten und dabei nachhaltigen Produktion von Biomasse bei.


Algenzucht mit PLEXIGLAS® in Praxisbeispielen

Algenzüchter Algicel auf den Azoren

Gebaut: 2019

Fakten:

  • Industrielle Kultivierung von Mikroalgen der Spezies Haematococcus pluvialis indoor und outdoor
  • Mehr als 1.000 zwei Meter hohe PLEXIGLAS® XT Rohre
  • UV-durchlässig, 92 Prozent Lichttransmission
  • Rohre sind langlebig und leicht zu reinigen

Hier lesen Sie die ganze Geschichte.

© Algicel


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