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 Algen vor einem Bioreaktor

"An der Bioenergie führt kein Weg vorbei"

Ist die Energie aus nachwachsenden Rohstoffen eine echte Alternative zu fossilen Energieträgern? "Ja", sagt die Verfahrenstechnikerin Heike Frühwirth. Voraussetzung sei aber, dass im Verwertungsprozess nichts verschwendet wird.

Technologiegespräche Alpbach 14.07.2014

Ein biogener Rohstoff, der die Leiterin des Studiengangs "Industrielle Biotechnologie" an der Hochschule Biberach schon lange begleitet, sind Algen. Sie stehen im Gegensatz zu anderen Biomasserohstoffen nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelerzeugung und verwerten obendrein noch den Schadstoff CO2. Welchen Beitrag sie eines Tages auch in der Energieversorgung leisten könnten, erklärt Frühwirth im Interview.

science.ORF.at: "Bioenergie: Ausweg oder Irrtum?" - diesen Titel trägt der Arbeitskreis, an dem Sie in Alpbach teilnehmen werden. Was ist die Bioenergie Ihrer Meinung nach?

Heike Frühwirth: Ich bin der Meinung, dass kein Weg an der Bioenergie vorbei führt. Für eine zukünftige Vision brauchen wir einerseits ein Umdenken beim Konsumieren von Energie. Andererseits brauchen wir auch die Bioenergie, die wir ja bereits nutzen. Es wird nur darum gehen, das intelligent zu tun, und da sehe ich viele Möglichkeiten.

Was fällt alles unter den Begriff "Bioenergie"?

Bioenergie ist jede Form von Energie, die aus nachwachsenden Quellen geschaffen wird. Das kann sowohl Holz sein, das verfeuert wird, als auch Treibstoffe, die aus Reststoffen oder anderen biogenen Quellen gewonnen werden.

Heike Frühwirth; Verfahrenstechnikerin; Hochschule Biberach; Bioenergie;

Hochschule Biberach

Zur Person:

Heike Frühwirth ist Leiterin des Studiengangs "Industrielle Biotechnologie“ an der Hochschule Biberach in Deutschland. Die Verfahrenstechnikerin hat an der TU Graz studiert. Frühwirth war lange Zeit im Anlagenbau tätig, zuletzt leitete sie den Forschungsbereich des Unternehmens BDI - BioEnergy International AG mit Standort in Graz. Im Mittelpunkt dieser Tätigkeit standen insbesondere Verfahren zur Herstellung von Biokraftstoffen, zur Rohstoffaufbereitung sowie zur Qualitätsverbesserung von Produkten. Dort setzte sie sich auch mit der verfahrenstechnischen Umsetzung von Algenbiomasse auseinander.

Technologiegespräche Alpbach:

Von 21. bis 23. August finden im Rahmen des Europäischen Forums Alpbach die Technologiegespräche statt, organisiert vom Austrian Institute of Technology (AIT) und der Ö1-Wissenschaftsredaktion. Das Thema heuer lautet "Forschung und Innovation: At the crossroads". Davor erscheinen in science.ORF.at Interviews mit den bei den Technologiegesprächen vortragenden oder moderierenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Heike Frühwirth wird am Arbeitskreis "Bioenergie - Ausweg oder Irrtum?" teilnehmen.

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Ö1-Sendungshinweis:

Dem Thema widmet sich auch ein Beitrag in Wissen Aktuell: 14.7., 13:55 Uhr

Bioenergie wird nicht zuletzt wegen der Flächenkonkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion von vielen sehr kritisch beurteilt.

Es gibt verschiedene Technologien und verschiedene Anwendungsfelder. Da muss man unterscheiden. Aber für die sogenannte "Teller-Tank-Diskussion", also die Konkurrenz zu Nahrungsmitteln, ist es im Prinzip egal, was ich anbaue. Ob das Holz oder eine Feldfrucht ist - es ist auf jeden Fall urbares Land, das genutzt wird, und hier sind wir uns alle einig: Das ist begrenzt vorhanden.

Aber wie man das aufteilt und welche Produkte man daraus generiert, das ist meines Erachtens eine Verteilungsfrage. Provokant formuliert: Es würde ja auch niemand der Baumwolle die Existenzberechtigung absprechen, weil man dort auch Nahrungsmittel anbauen könnte.

Welche Rohstoffe bieten sich für die Gewinnung von Bioenergie besonders an?

Derzeit gibt es eine starke Ausrichtung der Entwicklungsaktivitäten in Richtung Zelluloserohstoffe. Weil man Holz eben nicht essen kann, wird sehr viel unternommen, um Holz zur Energiegewinnung zu nutzen. Ich bin zwar keine Land-Use-Change-Expertin, aber meine persönliche Meinung ist, dass technologisch nichts dafür spricht, sich auf Zellulose zu konzentrieren.

Wo sie aber sehr wohl ihre Existenzberechtigung hat, ist im Bereich der Reststoffverwertung. Wenn etwa bei einer anderen Produktion Zellulosefasern überbleiben, ist es natürlich gut, wenn die zu Bioenergie verarbeitet werden.

Sie haben sich schon intensiv mit einem anderen biogenen Rohstoff beschäftigt: Algen. Worin liegen denn die Potenziale dieses Rohstoffs?

Ich würde hier noch gerne kurz in Erinnerung rufen, worum es bei biotechnologischen Prozessen geht. Im Mittelpunkt steht immer ein Organismus. Das kann ein Bakterium, eine Hefe, eine Mikroalge oder auch ein Enzym sein. Die machen für uns die Arbeit. Mit ihrer Hilfe können sowohl Energieprodukte, Treibstoffe wie auch Wertstoffe entstehen.

Diese Organismen verwerten im Rahmen des biotechnologischen Prozesses eine Kohlenstoffquelle, meistens ist es Zucker. Dieser Zucker muss aber irgendwo anders angebaut werden. Bei den phototrophen Mikroalgen ist das aber nicht so. Die verwerten den Kohlenstoff aus CO2. Somit haben Algen den Vorteil, dass ich von anderen Rohstoffen unabhängig bin und gleichzeitig einen Schadstoff, CO2, verwerte.

Das CO2 hole ich mir einfach aus der Luft oder im Idealfall von einem Abgasstrom, etwa von einem Industriebetrieb. Und damit produziere ich Biomasse. Und diese Biomasse generiert wiederum ein Produkt, das ich haben möchte. Denn bei den Algen haben wir eine sehr große Diversität, die produzieren von Pigmenten bis hin zu Omega-3-Fettsäuren alles mögliche - oder eben nur Biomasse. Und aus dieser Biomasse kann ich Proteine, Kohlenhydrate, Öle oder Fette holen, die ich wiederum für unterschiedliche stoffliche oder energetische Verwertungen nutzen kann.

Das klingt ja nach einem wahren Wundermittel.

Das ist allerdings nur eine Seite. Die andere Seite ist, dass Algen eigentlich ein Äquivalent zur landwirtschaftlichen Produktion sind. Denn sie machen das gleiche: Sie verwerten CO2, brauchen Licht und machen daraus Biomasse. Allerdings machen die Algen das nur dann mit hoher Effizienz, wenn ich den Prozess auch sehr gut steuere. Dafür brauche ich einen Photobioreaktor, der dementsprechend kostet.

Was passiert in so einem Photobioreaktor?

Grundsätzlich kann man Algen auf zwei verschiedene Arten kultivieren. Einerseits sehr einfach, in großen, offenen, seichten Becken. Sie brauchen Wasser mit bestimmten Salzen als Medium, CO2 und Sonnenlicht. Das Problem dabei: Sobald die Algen eine bestimmte Dichte erreicht haben, erhalten die unteren Algenschichten kein Licht mehr und hören auf zu wachsen. Deshalb beschäftigen sich Forscher andererseits mit raffinierten Reaktoren, um den Algen genau das zu bieten, was sie brauchen.

Diese Photobioreaktoren können aus Gefäßen verschiedenster Bauart bestehen. Eine Möglichkeit sind senkrecht stehende Platten, in denen die Algen gut durchmischt werden, jede Alge genug Licht bekommt und das CO2 direkt zu den Algen geliefert wird. Darin wachsen die Algen zwar äußerst effizient - allerdings muss ich auch große Investitionen tätigen, damit der Photobioreaktor läuft.

Das zahlt sich aus, wenn ich Spezialprodukte, etwa Pigmente oder hochwertige Fettsäuren, produziere. Aber für die Gewinnung von Energie geht sich das noch nicht aus.

Es ist also wie so oft eine Kostenfrage?

Das ist es. Es gibt in der EU zwei Demonstrationsprojekte, die sich damit beschäftigen, Low-Cost-Algen-Anlagen zu bauen. Eine davon ist in Spanien, die ist direkt an eine Kläranlage angeschlossen. Dort verwendet man vorgereinigtes Wasser, in dem Stickstoff, Phosphor und andere Spurenelemente enthalten sind. Die werden von den Algen, die in großen offenen Becken wachsen, abgebaut.

So wird die Kultivierung von Algen mit einem Zusatznutzen, der Abwasserreinigung, verbunden. Die Aufgabenstellung der EU war zwar, die Effizienz dieser Methoden zu zeigen. Zu diesem Zeitpunkt ist aber klar, dass diese Prozesse noch zu teuer für die Gewinnung von Energie sind.

Kann man hoffen, dass die Prozesse eines Tages so günstig sind, dass sie sich auch für die Energiegewinnung rentieren?

Ja, ich habe die Hoffnung. Wir sind aber natürlich begrenzt. Denn die photosynthetische Leistung, die auf einer bestimmten Fläche möglich wird, hängt ja von der Sonneneinstrahlung ab. Alles, was man in Bezug auf Biomasse rechnet, wird anhand der Bio- bzw. Trockenmasse, die ich aus einem Hektar herausholen kann, gemessen. Und wenn ich hier landwirtschaftliche Pflanzen mit Algen vergleiche, gewinnen die Algen haushoch. Man kann also ein Vielfaches herausholen, muss aber derzeit noch ein Multivielfaches an Investitionen in die Betriebsmittel stecken.

Worauf sollte sich also die Forschung in Bezug auf Bioenergie konzentrieren?

Ich denke, dass die Zukunft in Bioraffineriekonzepten liegt. Also bei Raffinerien, in denen Biomasse zu verschiedenen Produkten verarbeitet wird. Wenn wir es schaffen, Biomasse sowohl stofflich als auch energetisch intelligent zu nutzen, also nichts zu verschwenden, sind wir auf dem richtigen Weg.

Wie könnte das konkret ausschauen?

Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Feldfrucht. Aus dieser gewinne ich Öl und mache daraus Biodiesel. Dann bleibt von der Frucht aber noch einiges übrig. Also kann ich auch noch die Zellulose verwerten und daraus Biogas machen. Dieses Biogas könnte man dann mit einer Algenkultivierung kombinieren.

Denn nach dem Biogasprozess bleibt ein sogenannter Gärrest über, das ist eine Flüssigkeit, in der Stickstoff und Phosphor enthalten sind - diese Flüssigkeit und das CO2 kann ich wunderbar in die Algenkultivierung einleiten. Die Algenbiomasse kann dann wiederum zu einem bestimmten Produkt verwertet oder in die Biogasanlage rückgeführt werden.

Meine Sichtweise dieses Themas ist keine isolierte, ich stelle es in den Kontext der biobasierten Industrie. Insofern braucht man Lösungen, bei denen biogene Rohstoffe - welche auch immer - ganzheitlich genutzt werden und der Prozess auch in Verbindung mit einer stofflichen Verwertung gesehen wird. Ich würde keiner Technologie den Vorzug geben, auch nicht den Algen. Man muss die Vielfalt zulassen und voneinander lernen.

Interview: Theresa Aigner, science.ORF.at

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