Kerosin aus Algenöl 19.05.2014, 14:25 Uhr

Projekt Aufwind: Mit Mikroalgen im Flugverkehr der Zukunft abheben

Sie verbrauchen keine Agrarflächen, werden nachhaltig produziert und haben ein enormes Potenzial an Biomasse: Den Mikroalgen gehört im Hinblick auf nachhaltige Produktion von Treibstoff für die Luftfahrt die Zukunft. Das Forschungszentrum Jülich untersucht nun systematisch verschiedene Algenarten auf deren Wirtschaftlichkeit.

Im neu eröffneten Algen-Science-Center werden drei Produktionssysteme miteinander verglichen.

Im neu eröffneten Algen-Science-Center werden drei Produktionssysteme miteinander verglichen.

Foto: Forschungszentrum Jülich

Alles sieht danach aus, als ob Mikroalgen in der Zukunft eine große Rolle bei der Produktion von nachhaltigem Treibstoff spielen werden. Das Potenzial der winzigen Alge, die bis zu 70 Prozent fette Öle enthält, ist seit längerem bekannt, aber die wirtschaftliche Anwendung in großtechnischem Maßstab steckt bisher noch in den Kinderschuhen. Der steigende Bedarf an nachwachsenden Rohstoffen, steigende Treibstoffpreise und die Diskussion über den Flächenbedarf von Energiepflanzen bringen die Mikroalgen derzeit weltweit verstärkt in die Diskussion.

Mittelfristig keine Alternative zu flüssigem Treibstoff

Die Produktionsbedingungen in den modernen Photobioreaktoren sind allerdings noch längst nicht so ausgereift, dass die Algenbiomasse eine wirtschaftlich ernst zu nehmende Konkurrenz für herkömmliche Treibstoffe wäre. Interessant sind die kleinen Algen für die Luft- und Raumfahrt auch deshalb, weil es mittelfristig keine Alternative zu flüssigem Treibstoff gibt. Elektromotoren oder Brennstoffzellen, wie sie in Autos erprobt werden, kommen aus Gewichts- und Sicherheitsgründen für Flugzeuge nicht in Frage.

Vergleich zwischen drei Bioreaktorsystemen

Das soll sich jetzt ändern. Im Projekt „Aufwind“, das vom Forschungszentrum Jülich koordiniert und vom Landwirtschaftsministerium gefördert wird, soll die Produktion von Algen und deren Umwandlung zu Biokerosin erforscht werden. Elf verschiedene Einrichtungen aus Forschung und Industrie untersuchen dabei die technologischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten der Algenproduktion und die Umwandlung in Flugzeugtreibstoffe. Dazu gibt es das Schwesterprojekt „OptimAL“ (Optimierte Algen für nachhaltige Luftfahrt), in dem die Algen in Bezug auf ihre Produktivität und Lichtnutzung optimiert werden.

Suche nach dem produktivsten System

In einem „Algen Science Center“, das im Forschungszentrum Jülich in Betrieb genommen wurde, werden die Algen gezüchtet und drei Produktionssysteme für diese Biomasse miteinander verglichen. Auf je 500 Quadratmetern Fläche gehen drei Bioreaktorsysteme in Betrieb. Welches der Systeme das produktivste ist, soll in den nächsten Jahren herausgefunden werden.

Blick in das Algen-Science-Center am Institut für Bio- und Geowissenschaften.

Blick in das Algen-Science-Center am Institut für Bio- und Geowissenschaften.

Foto: Forschungszentrum Jülich

„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. Im Projekt OptimAL nutzen Jülicher Wissenschaftler außerdem die genetische Vielfalt der Algen hinsichtlich Photosynthese, Wachstum und Stoffproduktion, um die Produktionsleistung zu verbessern.

Lichtaufnahme: Algen werden optimiert

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 anschließend in den verschiedenen Produktionssystemen des Algen Sience Centers unter realen Bedingungen untersucht.

Alge auch für Lebensmittel- und Kosmetikindustrie interessant

Zusätzlich wollen die Wissenschaftler im Projekt „Aufwind“ die Herstellung von Biokerosin aus Algen im Gesamtzusammenhang aus ökonomischer und ökologischer Sicht betrachten. Ein wichtiger Punkt in dieser Gleichung ist, dass für die Herstellung des nachhaltigen Treibstoffes keine landwirtschaftlichen Flächen verbraucht werden. Die Algen wachsen in sogenannten Fotobioreaktoren. Die durchsichtigen Schläuche, Röhren oder Siebe lassen sich platzsparend fast überall aufstellen, 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.

Bei der Eröffnung des Algen-Science-Centers betonte der Parlamentarische Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung, Thomas Rachel: 

Bei der Eröffnung des Algen-Science-Centers betonte der Parlamentarische Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung, Thomas Rachel: „Mit der Entwicklung von Biokerosin aus Algen machen wir einen wichtigen Schritt ‚Weg vom Öl‘. Damit unterstützt die Bundesregierung die Perspektive einer nachhaltigen Mobilität durch die Stärkung der Bioökonomie.“ 

Foto: Forschungszentrum Jülich

Die Alge hat sogar noch mehr zu bieten als reine Treibstoffquelle zu sein. Die Forscher wollen auch Nebenprodukte identifizieren und auf ihre Verwertbarkeit prüfen. 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.

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