AlgenBioDiesel – Kultivierung von Mikroalgen und Produktion von Algenbiodiesel unter Verwendung von CO2 aus thermischen Kraftwerken

Biodiesel der ersten Generation hat einige Nachteile, die hier in Folge aufgezählt werden:
Der Rohstoff für Biodiesel stammt aus der Landwirtschaft. Aus dem zu Zwecken der
Ertragssteigerung eingesetzten Stickstoffdünger kann in intensiv bewirtschafteten Böden laut einer
Studie der Universität für Bodenkultur in Wien, bei Sauerstoffmangel Distickstoffoxid (Lachgas, N2O)
freigesetzt werden, welches ein mehr als 300-mal stärkeres Treibhausgas als CO2 ist. Die
ausgebrachten Pflanzenschutzspritzmittel wirken sich zusätzlich umweltschädlich aus.
Obwohl laut Auskunft des Energieausschusses der Landwirtschaftskammer Österreich weltweit
lediglich 4,5% der weltweiten Getreideernte für Agrotreibstoffe verwendet werden, und selbst bei
Einhaltung der vorgeschriebenen Fruchtfolge in der Europäischen Union großflächig Äcker brach
liegen, verringert der Anbau von (ölhaltigen) Energiepflanzen rein statistisch die Anbaufläche von
Rohstoffen für die Nahrungsmittelindustrie.
Da die Nachfrage größer als das Angebot ist, muss ein Großteil des für die Produktion von
Biodiesel benötigten Raps-, Palm- bzw. Sojaöls importiert werden. Vielfach wird in tropischen
Ländern zunächst nativer Urwald gerodet um anschließend ölhaltige Pflanzen zu kultivieren. Laut
einer Gesamtökobilanzstudie der Schweizer Eidgenössischen Material Prüfanstalt (EMPA) ist somit
beispielsweise der verursachte Gesamtkohlendioxydausstoß eines aus brasilianischem Soja
erzeugten Biodiesels weit höher als der des fossilen Diesels.
Mit Biodiesel der ersten Generation wurde versucht die geopolitische Abhängigkeit der
Industriestaaten von den erdölproduzierenden Ländern durch den Einsatz von alternativen
Rohstoffen für die Kraftstoffproduktion zu lösen. Auf Grund von klimatischen Gegebenheiten sind
jedoch beim Anbau von ölreichen Pflanzen bestimmte Klimabereiche bevorzugt was wiederum zu
einer ungleichen Verteilung der Rohstoffe auf der Erde führt.
Auf Grund dieser beschriebenen Probleme in der Landwirtschaft führte die Suche nach weiteren
nachwachsenden, ölreichen Rohstoffen zu Mikroalgen. Es handelt sich dabei um schnellwachsende
einzellige, photosynthetische Organismen, deren Biomasse einen hohen Anteil an Fettsäuren enthält.
Der Terminus Mikroalge ist kein systematischer Begriff der Biologie. Viele verschiedene Gruppen wie
Grün-, Gold oder Kieselalgen oder Cyanobakterien zählen zu diesen, vor allem in aquatischen
Umgebungen lebenden und Photosynthese betreibenden Organismen. Die Kultivierung erfolgt
zumeist in geschlossenen Systemen, ist daher Standort unabhängig und kann in einem sehr breiten
geographischen Klimabereich eingesetzt werden.

Im vorliegenden Projektantrag sollen verschiedene, von der antragstellenden Organisation bereits
ausgewählte, Mikroalgenkulturen zunächst im Labormaßstab in einem Photobioreaktor, gezüchtet
werden, um den Biomasseertrag und die Effizienz bei de Fettsäuresynthese zu untersuchen. Unter
photolithoautotrophen Bedingungen sollen die Organismen CO2 als Kohlenstoffquelle verwerten. Das
CO2 wird zunächst noch unter kontrollierten Bedingungen als Reingas angeboten, später jedoch wird
diese Kohlenstoffquelle durch Abluft aus einem thermischen Kraftwerk (möglicherweise aus einem
Biomasseheizkraftwerk) ersetzt. Abgasanalysen eines thermischen Kraftwerks wurden bereits
durchgeführt um die Gasanteile auf mögliche Toxizität für Mikroalgen zu überprüfen.

Nach unserem Wissensstand wurde aus der Verbrennung von Biomasse entstandenes CO2 in Europa
bisher nicht als Kohlenstoffquelle für photoautotrophes Wachstum von Mikroalgen eingesetzt und soll
daher im vorliegenden Projektantrag untersucht werden. Dieses Kohlendioxidrecycling bedeutet die
nochmalige Nutzung eines bereits klimaneutralen Abgases. Ein zusätzlicher positiver Effekt der
Nutzung der Kraftwerksabgase ist die Abwärme welche mit bis zu 60% der eingesetzten Energie
anfällt. Die Temperierung des Photoreaktors mit dieser Abwärme ermöglicht die
Mikroalgenkultivierung auch in Wintermonaten und in kühleren Breitengraden.
Eine weitere Innovation ist die Einbindung von Photovoltaik für die Beleuchtung der Algenkulturen,
um das globale Einsatzgebiet der Technologie zu erhöhen. Dabei kann verhindert werden, dass durch
starke Sonneneinstrahlung die Kulturen überhitzen und schließlich absterben. Unter kontrollierten
Bedingungen (Lichtintensität, Tag/Nachtzyklus) kann so der Biomasseertrag optimiert werden.
Die Aufbereitung der Biomasse zu AlgenBiodiesel soll in einem völlig neuen Verfahren durchgeführt
werden. Während der kontinuierlichen Ernte werden Zellen vom Produktionsmedium getrennt,
welches dem Photobioreaktor rückgeführt wird. Es wird somit kein Abwasser produziert. Nach der
Ernte werden die Mikroalgenzellen mechanisch zerstört und die Fettsäuren direkt im Ernteansatz
ohne vorherige Abtrennung alkoholisch verestert. Nach der vollständigen Veresterung wird der FME
Anteil abgetrennt. Die antragstellende Organisation hat langjährige industrielle Erfahrung und ein
eigenes Labor zur Veresterung von komplexen fetthaltigen Rohstoffen. Die zurückbleibende
Biomasse kann in einer Biogasanlage zu wertvollem Biogas veredelt werden.
Nach den Erfahrungen der Mikroalgenkultivierung im Labormaßstabsphotobioreaktor werden die
Versuche auf einen Technikumsphotobioreaktor hochskaliert. Danach kann eine
Wirtschaftlichkeitsberechnung der Algenkultivierung für die Biodieselproduktion angestellt werden.
Zusammenfassend sind folgende Vorteile des vorliegenden Projektantrags herauszustreichen:
Vorteile von AlgenBiodiesel gegenüber Biodiesel der ersten Generation
Höhere Wachstumsraten der Mikroalgenzellen im Vergleich zu landwirtschaftlich bewirtschafteten
Pflanzen. Durch Mikroalgenkultivierung werden dazu höhere Rohstofferträge pro Fläche als in der
Landwirtschaft erzielt.
Die Mikroalgenproduktion steht nicht in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion
Mikroalgen können – anders als bekannte ölhaltige Pflanzen wie Raps – standortunabhängig
produziert werden.
Höhere Akzeptanz der Bevölkerung als bei der Produktion von ölhaltige Pflanzen für Biodiesel
Spezielle Vorteile der im vorliegenden Antrag dargestellten Technologie
Auf Grund des Wasserrecyclings in einem geschlossenen Kultivierungssystem entsteht kein
Schadstoffeintrag in die Umwelt
Vereinfachter Downstreamprozess durch alkoholische Veresterung der Mikroalgenfette in einem
neuartigen Trennungskonzept.
Durch die langjährige Erfahrung der antragstellenden Organisation in der Kultivierung mit
Mikroalgen wurden bereits einige Mikroalgenkulturen für den Zweck der Biodieselproduktion
ausgewählt.

Im vorliegenden Projektantrag wird CO2 aus den Abgasen eines thermischen Kraftwerks als
Kohlenstoffquelle für Algenwachstum eingesetzt. Die Algenkultivierung dient somit nicht als Rohstoff
für die Produktion eines erneuerbaren klimaneutralen Treibstoffs sondern zusätzlich als CO2 Senke.
Die antragstellende Organisation hat sowohl langjährige Erfahrung im verfahrenstechnischen
Anlagenbau, was sich positiv auf die Konstruktion der komplexen Photobioreaktoren sowie der
Algenernte auswirkt, als auch eine breite Expertise in der alkoholischen Veresterung von komplexen
fetthaltigen Rohstoffen.
Die innovative Einbindung der Photovoltaik für die Beleuchtung der Algenkulturen ermöglicht den
Einsatz der Technologie in einem sehr breiten Klimabereich.