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16 EnergyNews 1|2013Energie aus Mikroalgen – eine SystemanalyseKönnen Mikroalgen ökonomisch und ökologisch sinnvoll als regenerativeEnergiequelle dienen? Wissenschaftler des KIT-Zentrums Energieuntersuchen die Lebenszyklen entsprechender Energieträger.Wie grüne Pflanzen betreiben auch MikroalgenPhotosynthese, um mithilfe vonLichtenergie chemische Energie, das heißtBiomasse, zu erzeugen. Aus dieser lassensich nicht nur hochwertige Rohstoffe undFuttermittel, sondern auch Energieträgerwie Wasserstoff, Bioethanol, Biodieselund Biogas gewinnen. Mikroalgen besitzengegenüber anderen Bioenergielieferantenverschiedene Vorteile: Mit konzentriertemKohlenstoffdioxid wachsen sieschnell. Sie benötigen keinen fruchtbarenBoden, da sie sich in geschlossenenSystemen, auch in Salz- oder Abwasser,kultivieren lassen. Sie weisen potenziell einenhohen Ölgehalt auf. Ernten lässt sichdie ganze Zelle. Überdies sind Mikroalgengentechnisch leicht veränderbar.Aus Mikroalgen werden bereits Farbstoffe,Futter- und Nahrungsergänzungsmittelhergestellt. Inwieweit ist ihr Einsatz alsregenerative Energiequelle ökonomischund ökologisch sinnvoll? Damit befasstsich ein Projekt am Institut für Technik-folgenabschätzung und Systemanalyse(ITAS) des KIT. Die Systemanalyse unterdem Titel „Potenzielle Beiträge der Energieerzeugungmit Mikroalgen zu nachhaltigerEnergieversorgung?“ untersucht dieLebenszyklen verschiedener Prozesse zurMikroalgenkultivierung und Konversionder Algen in Energieträger. Das Bundesforschungsministeriumfördert die Arbeitim Rahmen des ForschungsverbundvorhabensHydroMicPro. Die Ergebnisse sollenEntscheidungsträger in Politik, Wirtschaftund Gesellschaft bei der Bewertungverschiedener Algentechnologien unterstützen.Wichtigstes Kriterium: Die aus derBiomasse gewonnene Energie muss denEnergieeintrag – ohne Sonnenenergie – indas System quantitativ übertreffen. ZumEnergieeintrag gehört beispielsweise derzur Algenkultivierung, -ernte und -verarbeitungeingesetzte Strom, aber auch dieEnergie, die verwendet wird, um Anlagenund Hilfsstoffe bereitzustellen. WeitereKriterien zur Beurteilung von Algentechnologiensind Ressourcenverbrauch undKosten. Schließlich sollen die Systememöglichst wenig Trinkwasser und Düngemittelbenötigen und möglichst wenigSchadstoffe freisetzen.Im Rahmen der Systemanalyse entstehtein stoffstrombasiertes Modell der Prozessebei der Produktion verschiedenerEnergieträger aus Mikroalgen. Das Modellsoll Prozessketten mit einer positivenEnergiebilanz und geringen Auswirkungenauf die Umwelt identifizieren.Ebenso soll es eine Analyse der Kostenverschiedener Systeme zur Algenproduktionermöglichen. Insgesamt sollenSchwächen, Stärken und Optimierungspotentialeverschiedener Prozesskettenerkennbar werden. Das Modell wirdmithilfe der Software umberto ® erstellt,einem speziellen Programm zum Erstellenvon Ökobilanzen.Die ersten Ergebnisse der Analyse zeigen:Die Produktion von Biogas erzielt einebessere Energiebilanz als die Produktionvon Wasserstoff und anschließende Produktionvon Biogas. Den größten Anteilam Energieeintrag haben die Mischenergieund der Materialaufwand für denRohrphotobioreaktor.
EnergyNews 1|201317Bioreaktor, gefolgt von den Düngemitteln.Um eine positive Energiebilanz zuerzielen, muss erstens die Prozesstechnologienoch wesentlich verbessert werden,zweitens müssen die Algenstämme selbstoptimiert werden. Beim derzeitigen Standder Entwicklung ist der Prozess nur dannökonomisch und ökologisch sinnvoll,wenn aus den Algen zusätzlich nochandere Produkte gewonnen werden,beispielsweise zur Abwasserreinigung, zurNährstoffrückgewinnung, zur Fischfütterungoder für die chemische Industrie.Biomasse aus Mikroalgen: Modell der Erzeugung und Verarbeitung.Die Systemanalyse wirft einige Punkteauf, die noch zu untersuchen und zuerörtern sind: Dazu gehört zum Beispiel,welche Anforderungen optimierte Bioreaktorenund Mikroorganismen erfüllenmüssen. Wie können Ressourcen für dieKultivierung bereitgestellt werden?Weitere Fragen ergeben sich, wenn ausden Algen Energie und zusätzlich andereProdukte gewonnen werden: Kann Energieaus Restbiomasse gewonnen werden?Wenn ja, wie groß sind die Märkte fürdie jeweiligen Hauptprodukte? Ist eszweckmäßig, die Energiebereitstellung anandere Produkte zu koppeln, oder solltenmit optimierten Bioreaktoren direkt andereAlgenprodukte hergestellt werden?Um diese Fragen zu beantworten, bedarfes weiterer Forschungsarbeiten.Annika WeissPlattenreaktor zum Züchten von Algenkolonien.Weitere Infos:Annika WeissInstitut für Technikfolgenabschätzungund Systemanalyse (ITAS)Telefon +49 721 608-26721E-Mail annika.weiss@kit.edu
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