Durchflussregelung sorgt für kontinuierliches Algenwachstum - kontrollierte CO2-Zufuhr in der Algenzucht

​Umwandlung von Algen in wertvolle Rohstoffe

Mikroalgen bilden eine sehr große und diverse Gruppe. Bekannt sind über 50.000 verschiedene Arten, aber wahrscheinlich gibt es mehrere hunderttausend Arten. In der Regel handelt es sich um Einzeller, die in manchen Fällen auch Kolonien bilden können. Algen sind photoautotrophe Organismen, die CO2 als Kohlenstoffquelle nutzen und durch Photosynthese in Zucker umwandeln. Die von uns gezüchteten Mikroalgen enthalten besonders viele interessante Stoffe. An erster Stelle stehen Eiweiße, Zucker und Fette. Darüber hinaus produzieren Mikroalgen hochwertige Chemikalien wie Pigmente und Antioxidantien. Unter anderem züchtet Radius eine spezielle Alge, die den kostbaren roten Farbstoff Phycoerythrin produziert. Algen sind im Grunde kleine Fabriken, die viele dringend benötigte Stoffe herstellen. Um diese Stoffe synthetisch zu produzieren, müssen wir also nicht unbedingt das Rad neu erfinden. Algen bringen alle evolutionären Voraussetzungen mit, um diese Stoffe herzustellen, und brauchen dazu lediglich etwas Sonne, CO2 und diverse Nährstoffe. Es besteht also ein erhebliches Potenzial für die Verwendung dieser Stoffe.

Massendurchflussregler für exakte Zufuhr

Um das Wachstum zu optimieren, ist es wichtig, Algen auszuwählen, die unter den hiesigen Bedingungen gut wachsen. Nicht alle Algen können CO2 mit der gleichen Effizienz speichern, und nicht alle Algen wachsen mit der gleichen Geschwindigkeit. Wir untersuchen, bei welchen Temperaturen die verschiedenen Algenarten am besten wachsen und wie viel Licht sie benötigen. Auf unserem Campus nutzen wir natürliches Sonnenlicht, da die Fotobioreaktoren in einem klimakontrollierten Treibhaus untergebracht sind. Tagsüber scheint die Sonne, sodass die Algen wachsen. In den Nächten findet kein Wachstum statt. Im Rahmen des Interreg-Projekts „EnOp“ arbeiten wir u.a. mit dem folgenden Forschungsauftrag: Wie viel schneller wachsen die Algen, wenn wir den Reaktor mit CO2 anreichern, und welche Algenarten sind besonders effizient beim Speichern von CO2? Dafür brauchen wir Massendurchflussregler, denn wir wollen genau wissen, wie viel CO2 wir zugeführt haben.

Das CO2 wird mit der Luft vermischt, die in den Reaktor geleitet wird, woraufhin sich das CO2 im flüssigen Kulturmedium auflöst, das auch die anderen Nährstoffe enthält. Da CO2 in Wasser Kohlensäure bildet und damit schwach sauer ist, sinkt der Säuregrad (pH) des Mediums immer weiter. Das sorgt für einen negativen Effekt, denn die meisten Algen wachsen am besten bei einem pH-Wert von etwa 7 bis 8. Aber wenn Algen wachsen, nehmen sie CO2 aus dem Medium auf, sodass der pH-Wert wieder steigt. Der Säuregrad ist äußerst kritisch. Wenn der pH-Wert in den gewünschten Bereich kommt, neigen die Algen zum Ausflocken. In diesem Fall können die Massendurchflussregler aktiviert werden, um das CO2 so zu dosieren, dass der pH-Wert stabil bleibt und den optimalen pH-Wert der Alge nicht überschreitet. Daher wird der pH-Wert im Dosiersystem eingestellt, damit CO2 je nach Bedarf zugeführt werden kann. So können wir die maximale Wachstumsgeschwindigkeit der Alge und die benötigte CO2-Menge ermitteln.

Wie sieht die Zukunft aus?

Wenn sich aus diesem Prozess tatsächlich eine Produktion entwickelt, dann ist die Logistik ausschlaggebend dafür, woher das CO2 kommt. Grundsätzlich können Rauchgase aus der Industrie verwendet werden, aber dann müssen Stoffe wie Schwefel- und Stickstoffoxid, die in diesen Rauchgasen enthalten sind und das Algenwachstum behindern, wenn sie in einer bestimmten Konzentration auftreten, entfernt werden. Das kann nur mit technischen Hilfsmitteln gelöst werden. Es bleibt die Frage, wie weit die Algenfabrik von der CO2-Quelle entfernt sein darf? Wenn die Entfernung zu groß ist, muss das CO2 in einer anderen oder kontrollierten Form transportiert werden, zum Beispiel als Bikarbonat. Außerdem können Air-Capture CO2-Units entwickelt werden, mit denen vor Ort zusätzliches CO2 aus der Luft entnommen wird. Zum Beispiel arbeitet die Universität Twente im Rahmen eines anderen Interreg-Projekts, IDEA, zum Algenwachstum in Nordwesteuropa, an dem auch Radius Thomas More beteiligt ist, an der Entwicklung solcher Units. Die technologischen Voraussetzungen sind da, aber letztendlich kommt es immer darauf an, wie kostenintensiv die neue Technologie sein wird.

Quelle: Radius / Betase / Bronkhorst