Ob Farbstoffe, Omega-3-Fettsäuren oder Proteine: Mikroalgen können viele Wertstoffe produzieren und sind daher ein Hoffnungsträger für die Bioökonomie. Nicht nur die Hersteller von Lebens- und Futtermitteln oder Kosmetika setzen auf sie. Auch für die Herstellung von Biosprit und neuen Kunststoffen gewinnen Mikroalgen zunehmend an Bedeutung. Doch auch für die Landwirtschaft könnte die Zucht dieser Wasserpflanzen neue Geschäftsfelder eröffnen. Unter welchen Bedingungen und für welche Zwecke sich die Algenkultivierung für Landwirte lohnt, haben Forschende des Fraunhofer IGB, der Universität Hohenheim in Stuttgart und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) im Verbundprojekt FuTuReS untersucht. Das Verbundprojekt wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft gefördert.

Szenarien für Algenzucht in der Landwirtschaft

Im Fokus des Projektes stand die Frage, wie die Algenkultivierung gestaltet werden muss, damit sie sich wirtschaftlich lohnt und gleichzeitig ökologisch sinnvoll ist. Dabei wurden die Interessen und Erwartungen von Akteuren aus der Landwirtschaft und dem Ernährungssektor einbezogen. Die Bilanz nach zwei Jahren Projektarbeit ist positiv. Die Forschenden entwickelten konkrete Szenarien und Handlungsempfehlungen, wie Mikroalgen zukünftig in landwirtschaftliche Produktionskreisläufe integriert werden können.

Wertstoffextraktion und Biomasseproduktion untersucht

Am Fraunhofer IGB erfolgte die Kultivierung von Algen im Pilotmaßstab. Konkret ging es um die Aufzucht der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum und deren Produktion von Wertstoffen wie dem Farbstoff Fucoxanthin, der Omega-3-Fettsäure Eicosapentaensäure (EPA) und Proteinen. Die Kultivierung erfolgte sowohl in Photobioreaktoren bei Sonnenlicht in Freilandanlagen oder Gewächshäusern als auch mit künstlicher Beleuchtung in geschlossenen Indoor-Anlagen. „Um die Wirtschaftlichkeit der Algenkultivierung zu erhöhen, haben wir in FuTuReS zudem die verschiedenen Wertstoffe nach dem Prinzip einer Bioraffinerie nacheinander aus derselben Biomasse extrahiert“, erläutert Ulrike Schmid-Staiger, Projektkoordinatorin am Fraunhofer IGB und Leiterin der Algenbiotechnologie-Forschungsgruppe des Instituts.

Mehr Biomasse bei künstlicher LED-Beleuchtung

Die Auswertung der Prozessdaten durch Forschende der Universität Hohenheim ergab, dass der Biomasse-Ertrag der Kieselalgen bei kontinuierlicher künstlicher Beleuchtung mit energiesparenden LED-Lampen deutlich höher war als bei Sonnen- bzw. Tageslicht im Freilandbetrieb. Die Produktion der Mikroalgenmasse konnte hier von 14 auf 123 Tonnen pro Hektar gesteigert werden. Die Kosten für die Herstellung eines Kilogramms Biomasse konnten um 70% gesenkt werden. Der Strombedarf war allerdings doppelt so hoch. Dafür wurden aber 80% Wasser und 86% Fläche eingespart. „Der gesteigerte Biomasse-Ertrag kompensiert die höheren Kosten der künstlichen Beleuchtung“, resümiert Sebastian Weickert, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet „Nachwachsende Rohstoffe in der Bioökonomie“ an der Universität Hohenheim.

Wertstoffausbeute verschieden

Die Ausbeuten an Fucoxanthin, Eicosapentaensäure (EPA) und Proteinen waren dagegen sehr verschieden. „Erfolgreich waren unsere Untersuchungen mit Blick auf Fucoxanthin und EPA – bei diesen hochpreisigen Produkten sehen wir, dass sich der Produktionsaufwand wirtschaftlich rechnet“, sagt Schmid-Staiger. Weniger profitabel war hingegen die Proteinausbeute, da Proteine aktuell zu sehr günstigen Preisen auf dem Weltmarkt erhältlich sind.
 
Im Ergebnis sind die Forschenden überzeugt, dass sich die Algenkultivierung mit energiesparenden LED-Lampen im Indoor-Bereich für Landwirte lohnt. „Für die Erzeugung der Biomasse mit künstlichem Licht benötigt man keine Agrarflächen oder kann stillgelegte landwirtschaftliche Infrastruktur nutzen, zum Beispiel leerstehende Ställe. Dies und die hohen Ausbeuten bei wertvollen Stoffen machen die Algenkultivierung zu einem potenziell lohnenden Geschäft − es kommt darauf an, welche Produkte man herstellen möchte und für welche Branche diese bestimmt sind“, resümiert Weickert.
 
Ein Ergebnis des Projektes ist auch: Landwirtschaftliche Betriebe stehen der Algenkultivierung grundsätzlich aufgeschlossen gegenüber. Zugleich verweisen die Praxisakteure auf einen erheblichen Forschungs- und Förderbedarf, um die Algenzucht in der Landwirtschaft etablieren zu können.

bb