Erneuerbare Energieträger – Energie aus Algen

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.