Algen produzieren Energie

VDI nachrichten, Chemnitz, 18. 6. 04 -Mit der Wasserstoffproduktion durch Grünalgen bietet sich die Möglichkeit, den Energieträger Wasserstoff auf regenerative Art und Weise zu gewinnen. Möglicherweise können schon in einigen Jahren Anlagen errichtet werden, nachdem bereits eine Pilotanlage als Vorstufe der industriellen Produktion entwickelt wurde.

Seit den Ölkrisen und seit sich die Erkenntnis durchsetzt, dass fossile Brennstoffe begrenzt sind, ist die Einführung regenerativer und umweltfreundlicher Energieträger zu einer wichtigen Aufgabe geworden. Wasserstoff (H2) wird dabei oft als Brennstoff der Zukunft genannt, da er einen hohen Energiegehalt besitzt (142 MJ/kg), zu reinem Wasser verbrennt und relativ einfach zu transportieren ist. Mehr und mehr rückt dabei auch die mikrobiologische Erzeugung von Wasserstoff in den Vordergrund.
In den USA haben Wissenschaftler entdeckt, dass die Kulturen der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii große Mengen an Wasserstoff produzieren können, wenn ihnen der Nährstoff Schwefel entzogen wird. Bisher wurde diese Art der H2-Produktion im Labormaßstab durchgeführt, in Deutschland insbesondere an der Ruhr-Universität Bochum von Prof. Dr. Thomas Happe und seinen Mitarbeitern.
Einige Grünalgen besitzen besondere Enzyme, die Hydrogenasen. Diese Enzyme sind in der Natur weit verbreitet. Man findet sie in fast allen Arten von Bakterien. Die Hydrogenasen der Grünalgen katalysieren bevorzugt die Produktion von H2 mit sehr hoher Effizienz.
Über den Labormaßstab weit hinausgehende Arbeiten haben Projektleiter Prof. Dr. Hans Lutze und die Mitarbeiter der Firma CED GmbH Chemnitz sowie der Ermafa Apparatebau GmbH in engem Kontakt mit dem Forschungsteam von Prof. Happe an der Uni Bochum und der Studienakademie Riesa durchgeführt. Hauptziel war das Entwickeln von Verfahren für die Wasserstofferzeugung mit der Algenart Chlamydomonas reinhardtii. Dies sollte eine Vorstufe zur industriellen Produktion sein. Bisher war nur die Wasserstoffbildung mit Grünalgen im kleinen Maßstab (max. 10 l) möglich.
Die Gesamtanlage enthält 700 l Algensuspension zur Wasserstoffproduktion. Hier wurde der Sprung vom Labor zur Produktion von Wasserstoff in größerem Maßstab, der so genannte Scale up, erreicht. Dieser Sprung gelang hierbei erstmalig. Dabei wurden die Arbeiten im Rahmen eines Forschungsprojekts durchgeführt.
Die entwickelten modifizierten Reaktoren mit vertikalen Säulen stehen nun auf dem Gelände der CED Entsorgungsdienst Chemnitz GmbH. Dabei haben die Reaktoren Fassungsvermögen von 200 l bzw. 300 l. Sie arbeiten fehlerfrei und reproduzierbar.
Bei Einsatz von genmanipulierten Grünalgen lässt sich die Wasserstoffproduktion um den Faktor 100 steigern. Die Technologie umfasst dann die Separation, das Spülen mit schwefelfreiem Medium, eine erneute Separation, die Beimpfung des Reaktors, die Wasserstoffproduktion (Scale up) und die Wiederanzucht im Kreislauf. Grundbedingungen für den Scale up sind Schwefelmangel, Luftabschluss und eine durchgehende Beleuchtung. Das Eindringen von Sauerstoff muss unbedingt verhindert werden.
Unternehmen können die Ergebnisse nutzen, um kleintechnische Anlagen für die weitere Entwicklung zu bauen bzw. Lizenzen an Dritte zu verkaufen. Potenzielle Anwender eines Verfahrens zur H2-Produktion aus Grünalgen sind z. B. Kraftwerke, Zement- und Kalkfabrikationen, Brauereien und Getränkeindustrie bzw. alle Industriezweige, bei denen Vergärungen stattfinden und CO2 entsteht. Anschließend kann die anfallende Biomasse weiter verwendet werden – etwa als Düngerzusatz, in Vergärungsreaktoren oder sogar in der Kosmetikindustrie.l/mg