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Mittwoch, 17. Januar 2018

Ernährung

Die grüne Welle

Von Oliver Ristau | 21. September 2017 | Ausgabe 38

Algen gelten als Rohstoff der Zukunft für viele Branchen. Zu Besuch auf einer der größten Mikroalgenfarmen der Welt.

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Foto: Roquette Klötze

Viel Sonnenlicht und reichlich Wasser brauchen Grünalgen für die Zucht im Bioreaktor. Ursprünglich sollten sie Abgase von Kohlekraftwerken reinigen. Das Projekt scheiterte, die Algenfarm aber überlebte mit neuem Konzept.

Wiesen, Weiden, Wälder – überall in der Natur dominiert die Farbe Grün. Auch in dem Gewächshaus, das hier in der Südlichen Altmark inmitten spätsommerlicher Vegetation liegt. Wände und Dächer bestehen – ganz normal – aus Glas. Doch im Innern wachsen nicht Paprika, Tomaten und Kräuter heran. Hier in Klötze, im Westen Sachsen-Anhalts, steht eine der weltweit größten Produktionsstätten für Mikroalgen.

Kleine Kraftpakete

Die Namen Chlorella und Spirulina sind oft zu hören. Sie bezeichnen Abermillionen von Kleinstlebewesen, die in den gewundenen Glasrohren des Gewächshauses dank Sonnenlicht, Wasser und ein paar Nährstoffen heranwachsen. Jörg Ullmann kennt sich gut mit ihnen aus. Er ist Biologe und befasst sich seit vielen Jahren mit den Mikroorganismen, hat Bücher über sie verfasst, unterhält einen Blog zum Thema und publiziert darüber in Fachtiteln.

Vielfältiger Einsatz von Algen

Und Ullmann ist wissenschaftlicher Projektleiter und Geschäftsführer der Algenfarm Roquette Klötze. Er ist davon überzeugt, dass Algen eine Lösung für vielerlei Herausforderungen unserer Zeit darstellen. „2 % der Fläche der Weltmeere würden reichen, um den Nahrungsbedarf von 10 Mrd. Menschen zu sichern“, sagt der drahtige Wissenschaftler. Denn die Pflanzen sind reich an Proteinen und an Vitaminen – Chlorella z. B. hat viel B12, das sonst nur in Fleisch zu finden ist.

Foto: Oliver Ristau

Algenexperte Jörg Ullmann bei der Ernte: Frisches Wasser spült die spinatartige Masse aus dem Reaktor in einen Tank. Dann wird sie getrocknet und zum endgültigen Produkt verarbeitet.

Seit 14 Jahren arbeitet Ullmann auf der Farm, deren Ursprung bis in die Mitte der 90er-Jahre zurückreicht. Damals wollte der Industriekonzern Preussag aus Hannover den Beweis erbringen, dass Algen eine Lösung für den wachsenden Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) darstellen. Sie sollten durch Abgase von Kohlekraftwerken genährt werden. Doch nach wenigen Jahren beendete der Konzern das Vorhaben. Das Problem: „Damit Algen CO2 aus einen Kohlenkraftwerk komplett verstoffwechseln können, bräuchte es die Fläche des Saarlands“, sagt Ullmann. Für kommerzielle Zwecke unter neuen Eigentümern 2004 wieder aufgebaut, wurde die Algenfarm 2007 von dem französischen Agrarunternehmen Roquette übernommen.

„In rund 70 % aller Lebensmittel stecken heute schon Algen“, sagt Ullmann während einer Präsentation im kompakten Bürogebäude der Firma. Der Beamer wirft eine Folie an die Wand, die Supermarktprodukte wie Zahnpasta, Puddingpulver, Cremes und Gummibärchen zeigt. „Sie dienen als Geliermittel oder als Lebensmittelfarbe“, erklärt er. Als Futtermittel werden sie Pferden zum Muskelaufbau zugesetzt. Sogar in Dynamit kommen die Meeresgewächse in Form von Kieselgur vor. Das sind fossile Algen, die über eine Gitterstruktur verfügen, die die Explosion des Sprengstoffs unter Druck verhindert. Das stellt sicher, dass die Ladung nicht schon beim Transport, sondern erst bei einer Zündung hochgeht.

Foto: Oliver Ristau

Auf 500 km Länge summiert sich das gesamte Glasrohrsystem auf der Algenfarm in der Südlichen Altmark.

Doch Ullmann bevorzugt die friedliche Verwendung heutiger Algengenerationen. Und deren Leben beginnt im ersten Stock, in den Labors der Firma. In einem sitzt eine Praktikantin aus Frankreich. Am Labortisch hantiert sie mit Pipette und Reagenzgläschen. „Ich bestimme den Gehalt an Vitamin B12 in verschiedenen Proben“, sagt sie auf Anfrage in ihrer Muttersprache. Sie nickt freundlich, dann arbeitet sie weiter.

Der zweite Raum ist voller Glas- und Kunststoffapparaturen. An einer Stirnwand strahlen verschieden farbige Lichtquellen auf eine Installation von Glasrohrschlingen ein, in denen eine grüne Flüssigkeit umgewälzt wird. Optisch erinnern die Fotobioreaktoren an Kühlrippen, die auf die Seite gelegt wurden. Die Rohre münden in je einem großen Tank. Dort können die Algen geerntet werden.

Eine Alternative für die Zucht ist nebenan zu bewundern. Wie überdimensionierte Blutbeutel – aufgehängt und arretiert an einem Metallständer – ruhen in einem Dutzend durchsichtigen Kunststoffsäcken wässrige Lösungen in den Farben hellrot und dunkelgrün.

An einer Seitenwand ruckeln auf einem Schütteltischchen mehrere mit lateinischen Namen handbeschriftete Glaskolben. In ihnen schwappen hellgrüne Algen. Gegenüber in einem Schrank sind die wässrigen Lösungen in größeren Kolben abgefüllt. Besonders auffällig ist eine, die ein kräftiges Orange ausstrahlt.

„Das ist unsere Kinderstube“, erklärt Ullmann und lacht. „Wir verfügen hier mittlerweile über mehr als 100 Stämme, die wir erproben und bei Bedarf anzüchten können.“ Eine Messerspitze genügt dafür. Dann brauchen die Organismen zum Wachstum vor allem Licht und Wasser. Sie gedeihen in Lösungen von 3 ml bis 100 l. Je nach Art dauert es bis zu zwei Monate. Dann steht der Umzug ins Gewächshaus an.

Foto: Oliver Ristau

Kinderstube: Die Karriere eines jeden erfolgreichen Algenstamms begann letztendlich hier im Glaskolben auf der Rüttelplatte.

Die Treppe runter, in der schwülen Hitze dieses Sommertages über den Hof, vorbei an einem 20-t-Tank für Kohlendioxid bis zur Glastür. Als die sich wieder schließt, bleibt die drückende Luft draußen. Wie Gardinen bedecken Sonnensegel einen Teil des Daches. Sie sind ebenso regulierbar wie die Glaselemente in den Dreiecksdächern, durch die Luft von außen einströmen kann. So haben die Mitarbeiter im Gewächshaus zwei Möglichkeiten auf das Klima einzuwirken. „Das ist wichtig“, sagt Ullmann. „Denn Temperaturen von 40 °C und mehr vertragen manche Algen nicht mehr. Würden wir nicht eingreifen, könnten sie absterben.“

Heute sind es angenehme 25 °C, und es duftet ein bisschen nach Meer, nicht brackig, nicht fischig, eher nach Salz und frischer Erde. „Das sind die Algen“, klärt Ullmann auf und breitet die Arme aus. Zu beiden Seiten des 1,2 ha großen Areals, das sind beinahe zwei Fußballfelder, erstrecken sich Glasrohrsysteme – so wie im Labor, nur viel größer.

Insgesamt 19 geschlossene Systeme sind es, in denen jeweils eine Algenkultur heranwächst. Sie bestehen aus jeweils zwölf Kämmen, das sind 24 Glasrohrschlingen, jedes Rohr einzeln betrachtet rund 6 m lang. Die Länge der Glasrohre aller 19 Reaktoren summiert sich auf 500 km. In diesem lang gestreckten Aquarium werden rund 600 000 l in beachtlicher Geschwindigkeit umgewälzt – in Zentimetern pro Sekunde.

Es schwappt und schäumt, wenn die grüne Chlorella in Wellen durch die Rohre schießt. Für jede Algenart gibt es eine optimale Geschwindigkeit. „Nicht zu langsam, sonst setzen sich die Organismen an den Glaswänden ab, nicht zu schnell, sonst wird die Reproduktion der Mikroalgen beeinträchtigt“, wie der Algenchef erklärt.

Foto: O. Ristau

Lösung aller Ernährungsprobleme: „2 % der Weltmeere würden reichen, um den Nahrungsbedarf von 10 Mrd. Menschen zu sichern“, ist Ullmann, Geschäftsführer der Algenfarm in Klötze, überzeugt.

Die Umwälzpumpen sind zugleich einer der größten Kostenfaktoren, schließlich müssen die Lösungen rund um die Uhr mit elektrischer Energie bewegt werden. Im Zuge wachsender Erfahrungen habe die Farm den Strombedarf um ein Drittel senken können, freut sich Ullmann, ohne dass er Details verraten will. Auch beim Wasserverbrauch habe man gelernt. „Wir benötigen heute 50 % weniger als noch vor ein paar Jahren.“ Wie sie das schaffen, will er auch hier „aus Wettbewerbsgründen“ nicht sagen.

Das Wasser stammt aus einer Süßwasserblase in 45 m Tiefe unterhalb des Standortes – mineralienreich und frei von anthropogenen Verschmutzungen. „Unser Ziel ist es, die Effizienz des Wassereinsatzes weiter zu erhöhen und die Abwässer künftig zu recyceln“, sagt der Algenmanager. Das Abwasser entsteht bei der Ernte. Dabei wird der Reaktor an zwei Stellen geöffnet und an einem davon Frischwasser in die Rohre gepresst. Am anderen Ende fließt die Lösung in einen Tank – so lange, bis etwa zwei Drittel der Algen geerntet wurden. Der Rest dient als Geburtshelfer für die nächste Generation. Nach der Ernte wird das Wasser über Zentrifugen ausgeleitet und die übrig bleibende spinatartige Masse getrocknet. Dann ist sie reif für die Produktverarbeitung.

Ein geringerer Kostenfaktor sind Nährstoffe wie Phosphor, Kalium oder Stickstoff. Denn anders als etwa in der Landwirtschaft, wo sie neben den Nutzpflanzen von anderen Organismen verbraucht und durch Auswachsung verloren gehen können, werden sie laut Ullmann „von den Algen effizient in Biomasse umgewandelt“. Das sorgt zusammen mit den enormen Wachstumsraten dafür, dass die Erträge pro m² Nutzfläche bei Algen um ein Vielfaches höher sind als bei Getreide.

Foto: Oliver Ristau

Wie Blutbeutel hängen hier die mit verschiedenen Algenstämmen gefüllten Anzuchtbehälter am Laborständer.

Ausgangspunkt der Biomasseproduktion der Algen ist normalerweise die Sonne. Doch im Fermenter kann auf diese Energiequelle der Fotosynthese verzichtet werden. In einem Nebengebäude unterhält die Algenfarm eine solche Apparatur im Pilotmaßstab, in der die Algen direkt mit Zuckern gefüttert werden. Vorteil: So können die Züchter das ganze Jahr über Algen produzieren – und nicht wie im Gewächshaus wegen des unterschiedlichen Grads der Sonneneinstrahlung nur von März bis November.

„Wir planen außerdem eine dritte Technologie einzusetzen“, berichtet Ullmann, als die Führung durchs Gewächshaus beendet ist. Die Firma will in Mecklenburg-Vorpommern 30 cm tiefe Becken anlegen, die teils mit Erdwärme beheizt werden, und dort den Anbau von Algen testen, die permanent Temperaturen von 30 °C aufwärts brauchen. Damit will die Firma ihre Kapazitäten von derzeit 30 t bis 50 t um 10 t bis 15 t ausweiten. Roquette Klötze könne aktuell mehr verkaufen als produzieren, verrät Ullmann.

„Die Algenwirtschaft steht erst an ihrem Anfang. Die Vorteile für den Menschen sind aber so groß, dass sie angesichts wachsender Weltbevölkerung zu einer tragenden Säule der Lebensmittelproduktion werden kann“, erwartet er. Kommt es so weit, dann wird die Farbe Grün die Südliche Altmark in Zukunft wohl noch stärker dominieren.

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