{"id":127838,"date":"2023-06-09T07:26:00","date_gmt":"2023-06-09T05:26:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=127838"},"modified":"2023-06-07T14:07:32","modified_gmt":"2023-06-07T12:07:32","slug":"algenbiotechnologie-wie-werden-prozesse-profitabel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/algenbiotechnologie-wie-werden-prozesse-profitabel\/","title":{"rendered":"Algenbiotechnologie: Wie werden Prozesse profitabel?"},"content":{"rendered":"\n

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Weg von fossilen Rohstoffen, hin zu biobasierten Alternativen: Dieses Credo ist in Forschung und Industrie in Folge der Klimakrise inzwischen selbstverst\u00e4ndlich geworden. Von Biokraftstoffen \u00fcber Biokunststoffe bis zu biobasierten Feinchemikalien mehren sich die Alternativen \u2013 zumindest theoretisch. Denn nicht immer sind die technisch machbaren Prozesse am Ende auch wirtschaftlich profitabel. H\u00e4ufige Ursachen daf\u00fcr sind zu geringe Produktausbeuten oder zu aufwendige Aufreinigungsschritte. F\u00fcr beide Herausforderungen hat nun das Forschungsprojekt EPI-CES ein verbessertes Verfahren entwickelt.<\/p>\n\n\n\n

\"Das
Das getrocknete Chrysolaminarin wurde aus aufbereiteter Algenbiomasse gewonnen. Quelle
Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Vielseitige Kieselalge<\/h3>\n\n\n\n

EPI-CES  steht f\u00fcr die \u201eEffiziente Prim\u00e4rraffination von Mikroorganismen durch die Integration von Zellaufschluss, Extraktion und Separation am Beispiel von Mikroalgen\u201c. Sein Ziel ist es, eine integrierte Downstream-Prozesskette f\u00fcr Mikroalgen-Inhaltsstoffe zu etablieren und diese in einer Laboranlage zu demonstrieren, die aus Zellaufschluss, Extraktion und Separation besteht. Durchgef\u00fchrt haben das Projekt von Oktober 2018 bis September 2022 das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart und das Fraunhofer-Zentrum f\u00fcr Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna. Das Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung steuerte 1,13 Mio. Euro an F\u00f6rdermitteln aus der Technologieinitiative Bioraffinerien bei.<\/p>\n\n\n\n

\u201eWir haben uns f\u00fcr die Kieselalge entschieden, weil sie verschiedene interessante Inhaltsstoffe besitzt und in verschiedenen Bereichen der Bio\u00f6konomie einsetzbar ist\u201c, erz\u00e4hlt Projektkoordinatorin Ulrike Schmid-Staiger vom Fraunhofer IGB. Da der Einzeller die relevanten Stoffe nicht ausscheidet, sondern in seinem Zellinneren anreichert, musste zwangsl\u00e4ufig ein Prozess her, der die Zelle aufschlie\u00dft. Anschlie\u00dfend w\u00fcrde die Suppe aus Zelltr\u00fcmmern und Wertstoffen fraktioniert werden m\u00fcssen, um die Wertstoffe aus den Fraktionen extrahieren zu k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Druckwechsel als energieeffiziente Aufschlussmethode<\/h3>\n\n\n\n

Die erste Aufgabe im Projekt bestand allerdings darin, ausreichend Algenbiomasse f\u00fcr die weitere Prozessentwicklung zu produzieren. Nachdem diese vorlag, musste das Team die beste Technologie finden, um die Zellen zu knacken. \u201eEs geht darum, Energieaufwand und Produktausbeute optimal zu kombinieren\u201c, erkl\u00e4rt die Projektleiterin. Etabliert ist f\u00fcr den Zellaufschluss die R\u00fchrwerkskugelm\u00fchle, doch dieses Verfahren ist \u00e4u\u00dferst energieintensiv. Der Hochdruckhomogenisator \u00fcberzeugte das Team ebenso wenig: Er entwickelt ebenfalls hohe Temperaturen und ben\u00f6tigt viel Energie zum Gegenk\u00fchlen, damit das Produkt nicht leidet.<\/p>\n\n\n\n

Die Forschenden favorisierten daher die Druckwechseltechnologie. Dabei werden die Zellen unter Druck gesetzt und so schnell wieder entspannt, dass sie dabei platzen. Weitere Vorteile der Methode: Die Inhaltsstoffe werden dabei nicht besch\u00e4digt und eine kontinuierliche Prozessf\u00fchrung ist m\u00f6glich. \u201eVon den Kosten her war die Methode gut\u201c, res\u00fcmiert Schmid-Staiger, \u201eaber f\u00fcr einen besseren Zellaufschlussgrad m\u00fcsste noch etwas mehr Energie rein.\u201c<\/p>\n\n\n\n

\"Blick
Mit dieser Anlage k\u00f6nnen Algenzellen unter Druck gesetzt werden. Bei der anschlie\u00dfenden schnellen Entspannung platzen die Zellen und die Inhaltsstoffe werden freigesetzt und k\u00f6nnen extrahiert werden. Quelle: Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Proteine und Fetts\u00e4uren gewinnen<\/h3>\n\n\n\n

In der nun aufgeschlossenen Zellsuppe finden sich beispielsweise Proteine, die f\u00fcr Lebens- und Futtermittel interessant sind. Ebenfalls vorhanden ist Laminarin, das das Immunsystem aktiviert und in Futtermitteln Antibiotika ersetzen k\u00f6nnte. Im Pflanzenschutz k\u00f6nnte es anstelle von Fungiziden Nutzpflanzen vor Pilzkrankheiten bewahren. Und dann sind da noch Omega-3-Fetts\u00e4uren, die Fetts\u00e4ure EPA oder das entz\u00fcndungshemmende sowie gewichtsreduzierende Pigment Fucoxanthin. Einige dieser Stoffe sind wasserl\u00f6slich, andere fettl\u00f6slich.<\/p>\n\n\n\n

\u201eDie wasserl\u00f6slichen Inhaltsstoffe kann man leicht abtrennen\u201c, erkl\u00e4rt Schmid-Staiger. Wollte man nur diese f\u00fcr den Tierfutterbereich bereitstellen, w\u00e4re das Ziel damit schon erreicht, denn f\u00fcr diesen Zweck sind keine hochreinen Einzelprodukte erforderlich. \u201eAlle reden derzeit von Proteinen, die man mit Algen produzieren kann, aber das ist eher ein Nebenprodukt, weil Proteine aus Pflanzenbiomasse billiger sind\u201c, ordnet die Forscherin ein. W\u00fcrde man Laminarin oder Fucoxanthin separat aufreinigen, lie\u00dfe sich damit eine Wertsteigerung erzielen. \u201eDie verschiedenen Fraktionen mit verschiedenen Anwendungszwecken k\u00f6nnten in Kombination dann vielleicht die Kosten f\u00fcr Biomasse, Produktion und Aufarbeitung wirtschaftlich machen\u201c, sch\u00e4tzt Schmid-Staiger.<\/p>\n\n\n\n

Ausbeuten von mehr als 90%<\/h3>\n\n\n\n

Fettl\u00f6sliche Inhaltsstoffe sind hingegen schwieriger zu extrahieren als wasserl\u00f6sliche. Gern h\u00e4tte das Forschungsteam daf\u00fcr die Trockenextraktion erprobt und bewertet, doch im Zuge der Coronapandemie machten Lieferverz\u00f6gerungen einen Strich durch diese Rechnung. Praktisch genutzt hat das Team stattdessen eine Fl\u00fcssigextraktion mit Ethanol. Die Ausbeuten lagen dabei teilweise h\u00f6her als 90%.<\/p>\n\n\n\n

Zusammen mit Erfahrungen aus parallelen gro\u00dfen Forschungsprojekten zur Algenbiotechnologie konnte das Projektteam schlie\u00dflich die unterschiedlichen Prozessoptionen miteinander vergleichen. \u201eWir k\u00f6nnen jetzt sagen: Das kostet soundsoviel\u201c, res\u00fcmiert Schmid-Staiger. Auch die Fragen, wie viel Biomasse f\u00fcr eine bestimmte Ausbeute aufbereitet werden muss oder welche Schritte wirtschaftlich sind, lassen sich nun besser absch\u00e4tzen. \u201eIn der Algenproduktion ben\u00f6tige ich ganz viel Strom, die Wirtschaftlichkeit h\u00e4ngt letztlich vor allem von den Stromkosten ab\u201c, sagt die Forscherin. \u00c4hnliches gilt f\u00fcr die Ergebnisse der Lebenszyklusanalyse: Wie nachhaltig ein Prozess in der Algenbiotechnologie ist, wird stark davon bestimmt, ob \u00d6kostrom genutzt wird.<\/p>\n\n\n\n

Hochwertige Kultivierung verbessert Profitabilit\u00e4t<\/h3>\n\n\n\n

Nicht zuletzt stammt eine wichtige Erkenntnis aus den ersten Schritten des Projekts: Die eigenen Algen aus der Freilandproduktion am Fraunhofer CBP hatten eine Qualit\u00e4t, wie Schmid-Staiger sie in anderen Projekten noch nicht erlebt hat: Die spezielle Prozessf\u00fchrung und die Photobioreaktoren resultierten in Zellen mit einem hohen Gehalt an Inhaltsstoffen. Das bedeutet bessere Ausbeuten und damit eher den Sprung in die Profitabilit\u00e4t.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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