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Algenzucht in der Wüste – geht das wirklich?

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Algenzucht in der Wüste | growing algae in the desert

Voraus geschickt – ja, auch in der Wüste können Algen überleben und bei genügend Feuchtigkeit Biofilme im Verbund mit Bakterien und Pilzen bilden. Aber das ist hier nicht die Frage die sich stellt, vielmehr wird die industrielle Algenzucht häufig mit der Nutzung von unwirtlichen Flächen in einem Atemzug genannt. Oft werden visionäre Projekte auch in Wüstenregionen angedacht und skizziert – aber ist das wirklich sinnvoll?

Die Wüste als Anbaufläche, sattes Grün in Mitten von Sanddünen, eine Bewirtschaftung von Flächen, die für uns alle lebensfeindliches und landwirtschaftlich verlorenes Land darstellen. Aus Marketingsicht ein optimales Bild, um die Möglichkeiten der modernen HighTech-Landwirtschaft darzustellen. Doch es stellt sich die Frage, ob das wirklich sinnvoll ist und ob die Wirklichkeit die Versprechen der Vision halten kann.

Generell ist zu bemerken, dass die Produktion von Mikroalgen tatsächlich an Standorten realisiert werden kann, an denen die Böden oder Umgebungsbedingungen eine ertragreiche Landwirtschaft nicht mehr zulassen. Doch wenn wir über industrielle Algenzucht sprechen, muss ein tragfähiges Konzept auch ökonomisch sinnvoll sein. Das bedeutet, dass auch bei der Standortwahl einige Punkte betrachtet werden sollten, die sich auf Investitions- und laufende Kosten auswirken.

CO2-Versorgung

Um eine effiziente Großproduktion von Algen zu ermöglichen, wird üblicherweise mit einem erhöhten CO2-Eintrag ins Medium gearbeitet. Das bedeutet, dass eine CO2-Quelle in der Nähe der Algenproduktion vorhanden sein sollte. Lange Transportwege für Kohlendioxid erhöhen die Kosten für die Algenzucht. Sinnvoll kann so etwas ausschließlich im Bereich der Hochwertprodukte aus Algen sein (z.B. Astaxanthin, Carotinoide, Omega3-Fettsäuren). Das bedeutet, dass die Produktion z.B. in der Nähe eines Kraftwerks stehen sollte, wenn aus den Algen Energie gewonnen werden soll. Üblicherweise sind Kraftwerke oder andere CO2-Quellen weniger in der Wüste, als eher in den bereits urban erschlossenen Gebieten dieser Erde zu finden.

Kosten für den Grund und Boden

Hier wären die Wüsten dieser Erde ideal. Die Kosten für den Grund und Boden wäre sicherlich eher überschaubar. Allerdings darf man nicht vergessen, dass Erschließungs-kosten anfallen, um Zugang zu Strom und Wasser zu gewähren. Je weiter von der Zivilisation entfernt, desto kostenintensiver. Die Alternative ist ein Transport mit Fahrzeugen und Erzeugung von Strom mit Generatoren – teuer und von der CO2-Bilanz ganz zu schweigen. Bezüglich Strom könnte man hier allerdings interessante Ansätze mit Solartechnik andeken.

Wasserversorgung

Algen werden in Wasser gezüchtet, machen in Süß- andere in Salzwasser. Die Versorgung mit Süßwasser ist, bekanntermaßen, in der Wüste nicht optimal. Moderne Photo-bioreaktoren können einen fast geschlossenen Kreislauf realisieren und damit die Verdunstung minimieren. Auch die Wasserwechsel zur Reinigung können mittlerweile (je nach System) reduziert werden. Aber dennoch befinden in den meisten Photobioreaktoren riesige Mengen an Wasser, die vor Ort vorhanden sein sollten. Ist das Wasser teuer in der jeweiligen Region, stellt das einen nicht zu unterschätzender Kostenblock dar. Open Ponds sind hier für Süßwasser allein auf Basis ihrer hohen Verdunstungsrate nicht sinnvoll.

Natürlich gibt es viele Algenspezies, die in Salzwasser wachsen. Viele Wüstenregionen haben Küsten, an denen ein Zugang zu Salzwasser möglich wäre. In Open Pond Systemen muss allerdings aufgrund der Verdunstung gelegentlich Süßwasser nachgefüllt werden. Geschieht das nicht, versalzen die Anlagen und die Wachstumsrate der Algen sinkt bis hin zum Tod der Mikroalgen. Geschlossene Photobioreaktoren könnten das Problem hier lösen. Allerdings – kaum eine industrielle Produktion kommt ganz ohne Süßwasser aus.

Temperaturkontrolle

Trockenwüsten unterliegen üblicherweise starken Tag/Nacht-Temperaturschwankungen. Das bedeute hohe Temperaturen am Tag und oft sehr kalte Nächte, da der extrem trockene Wüstenboden nicht in der Lage ist Wärme zu speichern. Zudem fehlt nachts oft eine Wolkendecke die die vom Boden abgestrahlte Wärme wieder zurück reflektieren könnte. Die geringe Wolkenbildung führt am Tage dazu, dass die Sonne ungehindert durchdringen kann. Dadurch werden zum Teil Temperaturunterschiede bis zu 50 Grad Celsius gemessen.

Algen haben einen Temperaturbereich in dem sie sich wohl fühlen. Der Bereich richtet sich stark nach der eingesetzten Algenart. Für alle Mikroalgen jedoch gilt: außerhalb des optimalen Temperaturbereichs sinkt die Wachstumsrate und damit der Ertrag an Biomasse. Deshalb versuchen Algenproduzenten die Wachstumsbedingungen ihrer Schützlinge durchgängig optimal zu gestalten.

Wegen seiner hohen spezifischen Wärmekapazität werden Temperaturschwankungen in gewissem Maßes vom eingesetzten Prozesswasser abgefangen. Allerdings basieren die aktuell verfügbaren Photobioreaktor-Systeme konstruktiv auf der Erzeugung dünner Schichten, damit die Algen ausreichend Licht bekommen. In diesem Fall ist das von Nachteil, da dies mit einer großen Oberfläche einher geht und die Temperaturschwankungen sehr direkt auch in der Algen-Suspension umgesetzt werden.

Um eine optimale Temperatur zu gewährleisten, muss der Photobioreaktor tagsüber in der Wüste gekühlt werden. Es gibt verschieden Wege der Temperaturkontrolle, sicher ist eines – entweder es werden große Mengen Süßwasser oder viel Energie benötigt. Beides sind am Standort Wüste keine unwesentlichen Kostenfaktoren…

 

Dies sind nur ein paar der Punkte, die bei Auswahl eines Standorts für die Produktion von Mikroalgen bedacht werden müssen. Unabhängig davon ob sie in offenen Systemen oder in Photobioreaktoren gezüchtet werden, müssen die Gesamtkosten im Auge behalten werden. Und je extremer die Klimate, desto größer fallen auch die zu kalkulierenden Wartungs-kosten aus. Das gilt für Wüsten ebenso wie für Anlagen, die in der Nähe des Meeres gebaut werden. Korrosion ist hier ein Punkt der gerne übersehen wird. Gerade bei der angestrebten Produktion von Biokraftstoff aus Algen, zählt jeder Cent.

Zurück zur eigentlichen Frage – funktioniert industrielle Algenzucht in der Wüste? Ich würde sagen, das ist im Einzelfall zu betrachten. Wenn in ariden Gebiete die richtigen Algenarten, mit dem richtigen Endprodukt, im richtigen Zuchtsystem einsetzten werden, kann es funktionieren. Allerdings sind wir gerade im Bereich der Algenkraftstoffe heute noch weit davon entfernt entsprechende Szenarien anzudenken. Dazu gibt es weit besser geeignete Standorte, die deutlich kostengünstiger zu bewirtschaften sind.

 Photo by Guilherme Jofili, Flickr. Thanks for sharing.

 

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