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2007-10-26
ENERGIETECHNIK

Artikel: Mikroalgen als neue Biomassequelle?

Können diese unscheinbaren Lebewesen, die -- dies ist kaum bekannt -- mehr Kohlendioxid umsetzen als alle Landpflanzen zusammen, auch einen Ausweg aus der sich zuspitzenden Energiekrise darstellen? Können sie die lang ersehnte unerschöpfliche Energiequelle werden?

Michael Bockhorst

Bei Biomasse fällt allen erst einmal Biodiesel ein. Daß Biodiesel wohl eher die schädlichste Form der Biomassenutzung ist, ist kaum bekannt. Nun haben wir die Nahrungsproduktion an die Ölpreise angekoppelt -- Land für Sprit oder für Essen ist die Frage. Es gilt, dieses Dilemma aufzulösen.

Mikroalgen könnten -- der Konjunktiv ist mit Bedacht gewählt -- Abhilfe schaffen, wenn sie drei Bedingungen erfüllen:

  • Mikroalgen können überhaupt bei vertretbarem Aufwand nutzbare Biomasse direkt produzieren, etwa in Form von Methan oder Methanol.
  • Die Inputs sind auf Wasser, Kohlendioxid und Sonnenlicht beschränkbar. Alle anderen Stoffe können in einem Kreislauf genutzt werden, so z.B. Mineralstoffe etc.
  • Mikroalgen werden in geschlossenen Systemen eingesetzt, die sich auch auf landwirtschaftlich nicht nutzbaren Flächen, etwa Wüsten, aufbauen lassen.

Gerade der erste Punkt wird in dem Green Alga Genome Project untersucht. Es gilt, aufzuklären, wie Grünalgen das Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen und zu energiereichen Biomolekülen umbauen können. Diese Ergebnisse werden mit Sicherheit in die Züchtung oder die gentechnisch-manipulative Konstruktion von leistungsfähigen Algen eingehen. An dieser Stelle muß dringend vor einem unvorsichtigen Umgang mit diesen -- ob durch Züchtung oder durch gezielte Genmanipulation -- unnatürlichen Organismen gewarnt werden. Können diese Algen allerdings in geschlossenen Systemen eingesetzt werden, ließen sich die Risiken drastisch reduzieren. Würde man zusätzlich das Milieu in den Produktionsanlagen und die Algen so modifizieren, daß es weit weg von allen natürlichen Bedingungen ist, könnten die Algen bei einem Leck nicht überleben. Die Produktionsanlage wäre also inhärent sicher.

Nur dann, wenn sich die Algen in dem Produktionssystem mit Licht, Wasser und Kohlendioxid als energetische und stoffliche Inputs begnügen, wäre eine wirtschaftliche Einsatzweise denkbar. Algen würden dann den Prozeß, den Pflanzen beherrschen, in Reinform durchführen:

Sonnenenergie + Wasser + CO2 -> Energieträgern

Der Weg dahin ist steinig. Pflanzen benötigen Mineralstoffe, Sauerstoff in der dunklen Phase und seltene Elemente, um leben zu können. Ein geschlossenes System müßte diese Stoffe für die Algen in einem Kreislauf nutzbar machen, aber auch dafür sorgen, daß sich keine giftigen Verbindungen ansammeln. Viele Lebewesen nutzen neben dem Kohlenstoffkreislauf viele weitere über die direkte Umgebung hinausgehende Stoffkreisläufe.

Sollten diese Probleme gelöst sein, könnten Produktionsanlagen, deren Energiewandler die Mikroalgen selbst sind, tatsächlich in Wüsten, auf landwirtschaftlich nicht ertragreichen Böden und sogar auf dem Meer aufgebaut werden. Eine Biomasseproduktion dieser Art stünde nicht mehr in der Konkurrenz zur Biomasseproduktion für unser täglich Brot und würde die derzeitige Situation deutlich entspannen.

Algen haben gegenüber technischen Systemen einen grandiosen Vorteil: Sie vermehren sich ohne viel Aufwand und ersetzen dabei abgestorbene Algen, deren Biomaterial dabei wieder in die neuen Algen eingebaut wird. Aber wie bereits angesprochen: Auch eine Alge wird ihre Ansprüche an ihre Umgebung stellen. Ziel der Forschung muß es daher sein, diese Ansprüche auf ein Mindestmaß herabzusetzen, um die Technik der Produktionsanlagen möglichst einfach und damit bezahlbar und beherrschbar zu machen.

Ein Blick in die fernere Zukunft läßt auch eine weitere Alternative zu: Gelänge es, den Prozeß der Kohlendioxid-Bindung nachzubauen und auch eine weitere Verarbeitungskette mithilfe von Biomolekülen hin zu Methan oder Methanol (oder zu Wasserstoff) zu gestalten ... dann könnte der Traum eines effizienten, langlebigen Energiewandlers von Sonnenlicht zu speicherbarer und direkt nutzbarer Energie erfüllt werden!

Warum Methan oder Methanol? Ganz einfach: Für beide Energieträger gibt es einfache weit verbreitete Transportsysteme und Speichereinrichtungen -- das macht sie viel interessanter als den oft beschworenen leicht flüchtigen Wasserstoff!

Aber auch Alternativen wie sogenannte Tandemzellen, die mit nanostrukturierten anorganischen Materialien aus Licht direkt Wasserstoff und Sauerstoff produzieren können, verdienen Aufmerksamkeit. Denn diese Systeme sind einfach strukturiert, leiden aber noch an ihrer Langzeitstabilität. Nach 2-3 Tagen funktionieren diese Tandemzellen nicht mehr.

Aber wie so oft: Es ist wichtig, in Optionen zu denken und alle Optionen auf den Tisch zu legen, bevor weitreichende Entscheidungen getroffen werden!

Quelle(n): Joint Genome Project des US-amerikanischen Departments of Energy