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Erneuerbare Energieträger – Energie aus Algen

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Energie aus Algen ist in aller Munde. Ich möchte in diesem Beitrag einen kurzen Überblick über mögliche Energieträger aus Mikroalgen geben. Das Thema Biokraftstoffe aus Algen ist augenscheinlich der Bereich, der am meisten Beachtung  findet, wenn es um die Nutzung der Mikroalgen geht. Die Option auf flüssige Kraftstoffe, ist aktuell einer der größten Treiber der Algenbiotechnologie und die damit verbundenen Marktpotenziale beflügeln die Fantasie und die Brieftaschen der Investoren.

Die energetische Nutzung der Algen beschränkt sich aber nicht nur auf den häufig genannten Algendiesel. Es tun sich bei genauerer Betrachtung deutlich mehr Optionen auf. Im Folgenden eine Liste der Möglichkeiten, ohne eine detaillierte Wertung der Optionen bezüglich ihrer wirtschaftlichen Umsetzbarkeit zum heutigen Zeitpunkt:

Algen-Öl

Abhängig von der eingesetzten Spezies, verfügen Mikroalgen über einen Lipidanteil von 2%-70%. Die chemische Zusammensetzung des Öls ist mit dem  anderer Pflanzen vergleichbar. Aus den Organismen extrahiertes Öl kann zur energetischen Verwertung herangezogen werden, z.B. in Blockheizkraftwerken. Es dient außerdem zur Herstellung von verschiedenen flüssigen Kraftstoffen. Hier ist in erster Linie der klassische Biodiesel zu nennen, der über einen Veresterungsprozess mit Methanol erzeugt wird. Im Zuge der Forschung werden aktuell allerdings andere Verfahren eingesetzt um zu einem Algenkraftstoff zu kommen, der chemisch gesehen näher an Kerosin liegt, also zu großen Teilen aus Alkanen (gesättigten Kohlenwasserstoffen) besteht. Dieser Algensprit wird oft auch als „synthetic paraffinc kerosene“ (SPK) bezeichnet. Er kann sowohl in normalen Dieselmotoren als auch in Turbinen eingesetzt werden.  Dieser Kraftstoff zeichnet sich gegenüber Algendiesel durch eine reduzierte Kettenlänge und einen geringen Anteil an (chemisch gebundenem) Sauerstoff aus.

Kohlenwasserstoffe

Die aus dem Algenöl hergestellten Kohlenwasserstoffe (s.o.)  werden bei einigen Algenspezies bereits vom Organismus selber produziert. Zum Teil werden diese auch von der Alge ins umgebende Medium abgegeben, was die Gewinnung der Moleküle erleichtert. Auch hier ist das Ziel, die langkettigen Kohlenwasserstoffe, nach einer chemischen oder thermischen Aufbereitung, als Biokraftstoff zu Nutzen. Das Produkt wäre hier entsprechend ebenfalls ein synthetischer Biodiesel.

Bioalkohol

Algen können auch Alkohole produzieren. Dabei gibt es verschiedene Optionen und Pro- dukte in diesem Bereich. Am bekanntesten sind wohl die Ansätze einer Ethanol Produktion. Hier arbeiten einige Unternehmen mit genetisch modifizierten Algen, die Ethanol ins um- gebende Medium absondern. Der andere Ansatz ist eine klassische Vergärung, wie sie auch bei der Produktion von alkoholischen Getränken eingesetzt wird. Dies bietet sich an, wenn die gezüchteten Algen oder Algenreste einen hohen Anteil an Kohlehydraten (Stärke) aufweisen. Bioethanol wird heute den Kraftstoffen zugesetzt. Die Einführung von E10 = 10% Ethanol im Benzin dürfte in Deutschland hinreichend bekannt und bei Autofahrern unbeliebt sein, zumindest den geringen Verbrauchszahlen am Anfang nach zu folgern. In Brasilien andererseits, werden Autos zum Teil ausschließlich mit Alkohol betankt.

Biogas

Biogas aus Algen ist eine, zumindest energetisch, interessante Option der Nutzung von Algenbiomasse. Hierbei werden die Algen in einer Biogasanlage zu Biogas, genauer zu Biomethan um- gewandelt und können dann dem Gasnetz zugeführt werden. Wie das funktionieren könnte, wird im Blog BiomassMuse von Ron Kirchner in dem ausführlichen Artikel zur Einspeisung von Biomethan und einer Übersicht zum Thema Biomethan dargestellt.

Biowasserstoff

Algen die Wasserstoff produzieren – das ist kein Märchen, sondern klappt im Labor schon ganz gut. Allerdings ist die Forschung hier noch nicht sehr dicht an einer großtechnischen Umsetzung, aber erste Schritte wurden gemacht. Momentan sind die Effizienzen noch nicht besonders gut, aber über genetische Manipulation der Mikroalgen konnten hier schon deutliche Verbesserungen erreicht werden. Optional werden auch Systeme an- gedacht, in denen Biowasserstoff in vitro, also außerhalb der lebenden Alge, erzeugt werden kann. Dazu müssen einige Proteine und Enzyme der Alge dann auf eine Membran aufgebracht werden.

Neben den aufgeführten Produkten gibt es natürlich auch die Möglichkeit, die Algen einfach einer thermischen Verwertung zuzuführen, das bedeutet schlicht, sie zu verbrennen. Dieser Weg scheint mir weniger sinnvoll. Allerdings gibt es auch hier Ansätze, die die Algen unter diesem Aspekt für Triebwerke nutzen möchten. Die Idee beruht hierbei auf dem Prinzip einer Staubexplosion. Da getrocknete Mikroalgen-Biomasse ein sehr feines Pulver darstellt, ist dies tatsächlich möglich. Eingesetzte werden soll dieser Effekt dann in Strahltriebwerken.

Wie schon am Anfang angemerkt, dies soll zunächst mal eine Darstellung der Optionen einer energetischen Nutzung von Mikroalgenbiomasse sein. Wie man sieht, kann man Algen durchaus zur Erzeugung von regenerativen Energien nutzen.  Sinnhaftigkeit, Vor – und Nachteile, „time to market“ und den aktuellen Stand der Technik der einzelnen Bereiche, werde ich im weiteren Verlauf des Blogs kommentieren.

 

12 Comments

  1. Brauche Energieträger, die spontan zuschaltbar sind bei WIndflauten. Minimum für 1 WindKraftAnlage (WKA)
    Leistung p = 2 MW für 4 bis 8 Stunden !
    1) Wie wärs mit Algen — > Ethanol — > Ottomotor – E- Generator !
    2) Algen — Öl — > Dieselmmotor – E- Generator.
    3) Wieviel Algen / m3 können in welcher Zeit wieviel Liter oder kg Alc erzeugen ?
    4) Nebenbei nöch wieviel Öl für einen Dieslemotor erzeugen ?
    5) Wieviel muss man düngen?
    1.3.12 Dr. No

    • Hallo Dr. No,
      Algen sind prädestiniert Energie in Form von chemischen Molekülen zur Verfügung zu stellen (z.B. Öl, EtOh aber auch Protein udn Stärke).
      Davon abgesehen, dass wir heute noch nicht soweit sind, dies auch ökonomisch sinnvoll zu tun, ist der Weg von der photosynthetischen Nutzung des Lichts hin zur Stromerzeugung thermodynamisch nicht sinnvoll.
      Entlang der Prozesskette (für Öl) Sonnenenergie -> Aufbau von Biomasse -> Ernte -> Extraktion -> Konversion -> Transport -> Verbrennung -> Stromerzeugung haben wir in jedem Schritt mit Energieverlusten zu kämpfen.
      Hier erscheint es mir eher sinnvoll, einen Blick auf Solarenergie oder innovative Methoden der Stromspeicherung zu werfen…

      Zu Frage 3 -> kommt auf den Konversionspfad an. Algenol hält sich mit validierbaren zahlen zurück und wenn es um alkoholische Gärung geht braucht man es heute unter finanziellen Gesichtspunkten nicht auszuprobieren (rechnen kann man es sicherlich)

      zu Frage 4 -> Ölgehalte in Algen schwanken, aber aktuell sind im Bereich der phototrophen Zucht sinnvoll ca. 20% zu erreichen (damit das Verhältnis von Wachstumsrate zu Ölgehalt optimiert ist)

      zu Frage 5 -> Man geht (stöchiometrisch) davon aus, dass ca. 50% der Alge aus nicht organischen Molekülen besteht – und entsprechend über NPK eingebracht werden muss. Allerdings müssen diese Zahlen als grobe Richtlinie gesehen werden und eine Düngermenge/Düngerart anhand des eingesetzten Algenstammes erprobt werden.
      Vg, te

  2. Pingback: EnAlgae – €14 Millionen für Energie aus Algen in Europa

    • Im Netz findet man einige Algenexperimente, allerdings eher in den USA. Bezüglich Energie aus Algen kann man Mikroalgen züchten und die Lipide extrahieren (mit Lösungsmittel). Das resultierende Öl kann dann entzündet werden. Ebenso kann man das Algenpulver verbrennen – vielleicht etwas effektvoll mit eine Stichflammen wie beim Feuerspucken mit Bärlappsporen. Wahrscheinlich sind aber Experimente mit biolumineszenten Algen für Schüler spannender…

  3. Pingback: Kraftstoff aus Algen besteht ersten Testflug in der zivilen Luftfahrt

  4. Hallo Herr Enderle,

    wäre es eigentlich theoretisch möglich Kunststoffe oder andere Chemikalien welche aus Erdöl hergestellt werden anstatt dessen mit Algenöl herzustellen. Wenn ja welche Voraussetzungen müsste das Algenöl erfüllen und wie könnte eine mögliche Vorgehensweise dazu aussehen?

    Mit freundlichen Grüßen,
    Diesel.

    • Hallo Herr Salomon,
      leider kann ich die Reaktionen meiner Leser auf Kommentare nicht beeinflussen, vielleicht tut sich aber noch was. Eventuell wäre der Besuch des diesjährigen Bundesalgenstammtisches interessant für Sie, hier finden Sie auf jeden Fall eine Menge Enthusiasten!
      Bei der angezeigten Anzahl der Kommentare werde immer auch die erfolgten Pingbacks (2) angezeigt.
      VG, TE

  5. Hallo Herr Enderle,

    mich würde interessieren welche Algenarten sich für welche Form der Energiegewinnung (Algen-Diesel/Algen-Öl/Biogas) am besten eignen.

    Mit freundlichen Grüßen,
    Jo

    • Hallo Jo,
      das lässt sich leider nicht einfach pauschal beantworten, es kommt immer auf den Ort der Zucht (Klima), eingesetztes Zuchtsystem und viele andere Faktoren an. Zudem sind aktuell Ansätze in Richtung Bioenergie allein aktuell eher wenig vielversprechend…
      Aber ganz generell: wenn es um die Extraktion von Lipiden zur Gewinnung flüssiger Kraftstoffe geht, ist nicht immer die „ölreichste“ Alge die beste. Hier werden die Algenarten eingesetzt, die das beste Verhältnis von Wachstumsgeschwindigkeit zu relativem Ölgehalt aufweisen und damit im Endeffekt das meiste Öl produzieren.
      VG, TE

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