Mit Algen fliegen

Eine globale Gesellschaft und funktionierende Weltwirtschaft ist ohne Mobilität nicht denkbar. Eine bedeutende Rolle spielt dabei der Luftverkehr, der mittelfristig nachhaltigen Treibstoff benötigt. Im Projekt AUFWIND wird die Produktion von Algen und deren Umwandlung zu Biokerosin untersucht.

Im Schwesterprojekt OptimAL werden Algen in Bezug auf ihre Produktivität und Lichtnutzung optimiert. Dazu wurde nun das „Algen Science Center“ im Forschungszentrum Jülich in Betrieb genommen, in dem Algen gezüchtet und drei Produktionssysteme für diese Biomasse miteinander verglichen werden.

Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) fördert AUFWIND über seinen Projektträger – die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) – mit 5,75 Mio. Euro über zweieinhalb Jahre (Gesamtvolumen 7,4 Mio. Euro). OptimAL wird mit 1,4 Mio. Euro drei Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über den Projektträger Jülich (PTJ) unterstützt.

Treibstoff wird bislang überwiegend aus dem immer knapper werdenden und nicht nachhaltigen Energieträger Erdöl hergestellt. Alternativ könnten Mikroalgen in Bioreaktoren die Basis für nachhaltigen Treibstoff und andere Rohstoffe liefern. Dabei soll aus winzigen Algen, die bis zu 70 Prozent fette Öle enthalten, der Flugzeugtreibstoff Kerosin hergestellt werden.

Die technologischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten dazu untersuchen elf Einrichtungen aus Forschung und Industrie im Verbundprojekt AUFWIND (Algenproduktion und Umwandlung in Flugzeugtreibstoffe: WIrtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit, Demonstration), welches vom Forschungszentrum Jülich koordiniert wird. In Jülich gehen dazu im „Algen Science Center“ auf je 500 Quadratmetern Fläche drei Bioreaktorsysteme zur Algenproduktion in Betrieb.

„Es gibt zwar schon viele Publikationen, die die Herstellung von Treibstoff aus Mikroalgen beschreiben. Aber es fehlt ein unabhängiger Vergleich, welche aktuell verfügbaren Anlagen unter ökologischen und ökonomischen Aspekten die besten Ergebnisse liefern“, erklärt Andreas Müller vom Jülicher Institut für Bio- und Geowissenschaften (IBG-2).

Im Projekt OptimAL (Optimierte Algen für nachhaltige Luftfahrt) nutzen Jülicher Wissenschaftler zudem die genetische Vielfalt der Algen bezüglich Photosynthese, Wachstum und Stoffproduktion, um die Produktionsleistung zu verbessern. Die heute verwendeten Algenstämme sind quasi Wildstämme und noch nicht an die Bedingungen in den Bioreaktoren angepasst. Insbesondere die Beleuchtung, die auf eine maximale Photosyntheseleistung der Algen abzielt, kann von den eigentlich auf geringe Lichtintensitäten ausgerichteten Algen nicht optimal genutzt werden. Die optimierten Algen werden nachfolgend in den verschiedenen Produktionssystemen des Algen Sience Centers unter realen Bedingungen untersucht.

Zusätzlich wird in AUFWIND eine übergreifende Systemanalyse aus ökonomischer und ökologischer Sicht stattfinden. „Wir wollen auf nachhaltige Weise Biomasse für Treibstoff produzieren, ohne dabei landwirtschaftliche Flächen zu verbrauchen“, erläutert Dominik Behrendt vom IBG-2. Die Algen wachsen in sogenannten Fotobioreaktoren – durchsichtigen Schläuchen, Röhren oder Sieben -die sich platzsparend fast überall aufstellen lassen, sei es auf Industriebrachen oder auf anderen ungenutzten Flächen. Auf vergleichsweise kleiner Fläche können so große Mengen Algen produziert werden. Die winzigen Organismen vermehren sich sehr rasch und ihre Produktivität ist pro Fläche sieben- bis zehnmal so hoch wie die von Landpflanzen.

Beim Projekt AUFWIND sind als Industriepartner unter anderem der Luft- und Raumfahrtkonzern Airbus Group und das internationale Öl- und Gasunternehmen OMV beteiligt. „Im Luftverkehr gibt es zu flüssigen Treibstoffen mittelfristig keine Alternative. Elektromotoren oder Brennstoffzellen – wie sie in Autos erprobt werden – kommen aus Gewichts- und Sicherheitsgründen für Flugzeuge nicht in Frage“, erklärt Siegfried Knecht, Vorstandsvorsitzender von Aireg (Aviation Initiative for Renewable Energy in Germany).

Im Rahmen der Algenprojekte werden aber nicht nur geeignete Aufschluss- und Extraktionsverfahren sowie die Umwandlung und Raffinierung der Biomasse zu Treibstoff untersucht. Es sollen auch die dabei entstehenden Nebenprodukte identifiziert und in Bezug auf ihre Verwertbarkeit analysiert werden. Denn wenn es gelingt, aus den Algen neben Kerosin weitere attraktive Produkte zu gewinnen, könnte das derzeit noch teure nachhaltige Kerosin aus dem Bioreaktor konkurrenzfähig werden. Da die Algen Vitamine und Farbpigmente, Aminosäuren und Zucker beinhalten, wäre zum Beispiel die Gewinnung von Lebensmittelzusatzstoffen und von hochwertigen Produkten für die Kosmetik- und Chemieindustrie denkbar. Was dann noch übrig bliebe, könnte als Viehfutter Verwendung finden oder in Kraftwerken verbrannt werden. So würde die gesamte Biomasse nachhaltig verwendet und eine Algen-basierte Bioraffinerie aufgebaut werden können.

Forschung am Institut für Bio- und Geowissenschaften, Bereich Pflanzenwissenschaften (IBG-2)

Projekt AUFWIND (IBG-2)

Projekt OptimAL (IBG-2)

Dr. Andreas Müller
Institut für Bio- und Geowissenschaften,
Bereich Pflanzenwissenschaften (IBG-2)
Tel.: +49 2461 61-3528
Email: a.mueller@fz-juelich.de

Dr. Dominik Behrendt
Institut für Bio- und Geowissenschaften,
Bereich Pflanzenwissenschaften (IBG-2)
Tel.: +49 2461 61-3334
Email: d.behrendt@fz-juelich.de

Annette Stettien
Tel.: +49 2461 61-2388
a.stettien@fz-juelich.de