{"id":29043,"date":"2015-10-05T07:20:22","date_gmt":"2015-10-05T05:20:22","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=29043"},"modified":"2015-10-03T09:51:45","modified_gmt":"2015-10-03T07:51:45","slug":"biogas-aus-einzelligen-gruenalgen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biogas-aus-einzelligen-gruenalgen\/","title":{"rendered":"Biogas aus einzelligen Gr\u00fcnalgen"},"content":{"rendered":"

Mikroalgen verhei\u00dfen saubere, CO2<\/sub>-neutrale Energie und gelten als zukunftstr\u00e4chtige Ressource: Schon heute lassen sich Biogas, Biodiesel, Bioethanol und Biokerosin aus ihnen gewinnen. Bislang gelten die Methoden allerdings als energieaufwendig und kostenintensiv. Dr. Nikolaos Boukis vom KIT arbeitet an einem ausgefeilten, thermochemischen Verfahren mit einer vielversprechenden Energiebilanz.<\/p>\n

In Hamburg steht das weltweit erste Geb\u00e4ude seiner Art: Ein Haus mit einer lebenden Fassade. Die Front des sogenannten BIQ-Hauses<\/a> (BIQ: Bio Intelligenz-Quotient) besteht aus 129 durchsichtigen Plattenelementen, in denen Mikroalgen schwimmen, die die Energie des Hauses produzieren sollen. Die Idee dahinter ist bestechend, denn Mikroalgen betreiben wie Landpflanzen auch Fotosynthese: Scheint die Sonne und stehen CO2 sowie N\u00e4hrstoffe zur Verf\u00fcgung, vermehren sich die Algen in der Hausfassade und bilden Biomasse \u2013 die, abgesch\u00f6pft, zur Energieproduktion des Hauses genutzt werden kann.<\/p>\n

Nikolaos Boukis und Sherif Elsayed vom Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT) arbeiten im Rahmen des Forschungsprojektes PHYKON und in Zusammenarbeit mit Dr. Martin Kerner, Vordenker des BIQ-Hauses und Gesch\u00e4ftsf\u00fchrer der Firma SSC Strategic Science Consult, an der effizienten Nutzung dieser Biomasse.<\/p>\n

Aus Biomasse wird Biogas<\/p>\n

Die Forscher nutzen dazu ein thermochemisches Verfahren, die hydrothermale Vergasung. Diese soll zuk\u00fcnftig im BIQ-Haus zum Einsatz kommen.\u00a0Die aus den Algen (Acutodesmus obliquus) gewonnene Biomasse zerlegen sie im sogenannten \u00fcberkritischen Wasser, also bei Temperaturen zwischen 400 und 600 Grad Celsius und einem Druck von 300 bar. \u201eAlgenbiomasse besteht aus organischer Materie, wenig anorganischen Komponenten und viel Wasser”, sagt Boukis, \u201ebei hohen Temperaturen und Druck wird dieses Gemisch in seine Einzelbestandteile zersetzt und es entstehen haupts\u00e4chlich Wasserstoff, Kohlendioxid (CO2) und Methan \u2013 ein Gasgemisch, das direkt zur W\u00e4rme- und Stromerzeugung genutzt werden kann.”<\/p>\n

Allesk\u00f6nner Gr\u00fcnalge<\/p>\n

F\u00fcr Mikroalgen, mikroskopisch kleine, meist einzellige Algen, spricht vieles: Energie aus nachwachsenden Rohstoffen gilt im Vergleich zu fossilen Brennstoffen als CO2-neutral. Verbrennt man Algenbiogas \u2013 etwa mithilfe eines Gasmotors, wie die KIT-Forscher es planen \u2013, um Strom zu erzeugen, wird die gleiche Menge CO2 freigesetzt, die zuvor von den Algen aufgenommen wurde. Beim Verbrennen fossiler Energietr\u00e4ger wird das gebundene CO2 hingegen frei. Aber anders als Energiepflanzen wie Raps, Soja oder Mais ben\u00f6tigen Algen kein wertvolles Ackerland um zu wachsen, stehen also nicht in direkter Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion. Die Anlage f\u00fcr das BIQ-Haus zum Beispiel h\u00e4tte mitsamt der weiteren Haustechnik im Keller Platz. Zudem vermehren sich Algen sehr schnell und produzieren folglich mehr Biomasse pro Fl\u00e4che als Landpflanzen: Bis zu 100 Tonnen Trockenmasse pro Hektar und Jahr, verglichen mit 3,5 Tonnen bei Weizen.<\/p>\n

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Glossar<\/p>\n

Proteine (oder auch Eiwei\u00dfe) sind hochmolekulare Verbindung aus Aminos\u00e4uren. Sie \u00fcbernehmen vielf\u00e4ltige Funktionen in der Zelle und stellen mehr als 50 % der organischen Masse.<\/p>\n

Unter Photosynthese wird die Erzeugung hochmolekularer energiereicher Verbindungen (Glukose) aus einfachen Molek\u00fclen (Kohlendioxid, Wasser) verstanden, wobei betr\u00e4chtliche Mengen Sauerstoff entstehen. Chlorophyllhaltige Organismen (h\u00f6here Pflanzen, Algen, phototrophe Bakterien) nutzen daf\u00fcr die Sonnenlichtenergie.
\nFossile sind aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit stammende \u00dcberreste von Tieren oder Pflanzen.<\/p>\n

Biodiesel ist ein Fetts\u00e4uremethylester, der aus Pflanzen\u00f6len (z.B. aus Raps) oder tierischen Fetten hergestellt und als Kraftstoff oder Kraftstoffkomponente verwendet wird (Biokraftstoffe).<\/p>\n

Bioethanol (Ethylalkohol) geh\u00f6rt zu den Biokraftstoffen. Es handelt sich dabei um Ethanol, das ausschlie\u00dflich aus nachwachsenden Kohlenstofftr\u00e4gern, n\u00e4mlich auf Basis zucker- oder st\u00e4rkehaltiger Feldfr\u00fcchte oder aus zellulosehaltigen Pflanzenbestandteilen (Zuckerr\u00fcbe, Rohrzucker, Getreide) hergestellt wurde. Die St\u00e4rke wird enzymatisch in Glukose aufgespalten und diese anschlie\u00dfend mit Hefepilzen zu Ethanol vergoren.
\nBiogas ist ein brennbares Gasgemisch, das bei der Zersetzung von Biomasse (F\u00e4kalien, Bioabfall, Stroh u. a.) entsteht. Dabei wird das komplexe organische Material mit Hilfe verschiedener Mikroorganismen unter Luftabschluss haupts\u00e4chlich in Kohlendioxid und Methangas umgewandelt.<\/p>\n

Als Biomasse wird die gesamte Masse an organischem Material in einem definierten \u00d6kosystem bezeichnet, das biochemisch \u2013 durch Wachstum und Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen \u2013 synthetisiert wurde. Damit umfasst sie die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.
\nEin Stoff aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe und somit eine chemische Verbindung. Es ist geruchslos, farblos und brennbar. In der Industrie wird es oft als Heizgas verwendet.<\/p>\n

Der Clou des Verfahrens ist die hohe Energieeffizienz: Zum einen nutzen die Forscher die Algenbiomasse grunds\u00e4tzlich als w\u00e4ssrige L\u00f6sung, also ohne Vortrocknung. Bei anderen Verfahren muss die Biomasse zun\u00e4chst getrocknet werden, um etwa an die wertvollen \u00d6le im Algeninneren zur Biodieselproduktion zu gelangen \u2013 ein Prozess, der viel Energie verschlingt.<\/p>\n

Zum anderen nutzen Boukis und Elsayed einen Gegenstrom-W\u00e4rmetauscher. Dazu speisen die Forscher die Algenbiomasse in einen konzentrisch aufgebauten Rohrreaktor ein: Die kalte Algenmasse str\u00f6mt durch ein Rohr, das hei\u00dfe Reaktionsgemisch durch ein daneben liegendes. \u201eAuf diese Weise gewinnen wir mehr als 80 Prozent der Energie, die f\u00fcr das Aufheizung der Algenbiomasse ben\u00f6tigt wird, wieder zur\u00fcck”, erkl\u00e4rt der Chemiker Boukis.<\/p>\n

Wie gut die Energiebilanz ist, h\u00e4ngt dabei von verschiedenen Faktoren ab: der Gr\u00f6\u00dfe der Anlage, ihrer Isolation und der Konzentration der Algenbiomasse. Da eine leicht erh\u00f6hte Algenkonzentration (10 Prozent) zu besseren Ergebnissen f\u00fchrt, reichern die Forscher die Algenbiomasse durch Zentrifugation moderat auf. \u201eWir schaffen eine nahezu vollst\u00e4ndige Umsetzung der Biomasse und gewinnen bis zu 70 Prozent der in der Biomasse enthaltenen Energie als Brennstoff”, sagt Boukis. Zum Vergleich: Biotechnologische Verfahren setzen etwa 50 Prozent der Biomasse um und ihre Energiebilanz ist um einen Faktor 2 bis 3 schlechter. Ein weiterer Pluspunkt ist die Schnelligkeit des Verfahrens: W\u00e4hrend das Verg\u00e4ren von Biomasse mehrere Wochen in Anspruch nehmen kann, ben\u00f6tigt der thermochemische Prozess wenige Minuten.<\/p>\n

Ein fast geschlossener Kreislauf<\/p>\n

Die KIT-Forscher entwickeln ihre Anlage zudem als ein sich selbst tragendes, geschlossenes System: So sollen die N\u00e4hrstoffe, die sich in der zerlegten Algenbiomasse befinden, wieder zur\u00fcckgewonnen werden, das Wasser, in denen die Algen gez\u00fcchtet wurden, recycelt werden und das CO2 nach der Verbrennung des Gasgemisches zur\u00fcck in die Algenzucht geleitet werden. Auf diese Weise ben\u00f6tigen die Algen, die CO2 zwingend f\u00fcr ihr Wachstum ben\u00f6tigen, keinen zus\u00e4tzlichen D\u00fcnger und keine externe CO2-Quelle.<\/p>\n

Einen entscheidenden Haken hat die vielversprechende Technologie allerdings: Noch rentiert es sich nicht, Energie aus Algen herzustellen \u2013 egal, welche Technik zum Einsatz kommt. Einerseits weil die Technologien noch jung und entsprechend verbesserungsf\u00e4hig sind, aber auch, weil Energie immer noch ein Billigprodukt ist. \u201eUm es ein wenig salopp zu formulieren: Solange das \u00d6l in Saudi-Arabien aus dem Boden sprudelt und der Roh\u00f6lpreis so niedrig ist, solange kann kein technisches Verfahren mithalten. Das ist konkurrenzlos”, sagt Boukis, der aber klare Vorstellungen von seinem Forschungsauftrag hat: \u201eWir sind verpflichtet, Forschung zu betreiben f\u00fcr die Zeit nach dem \u00d6l. Und wir m\u00fcssen dringend unseren CO2-Aussto\u00df verringern. Dazu m\u00fcssen wir an Technologien feilen k\u00f6nnen, die sich nicht \u00fcbermorgen schon rentieren.”<\/p>\n

Hohe Gewinne erbringen Algen \u00fcbrigens heute schon: F\u00fcr die Kosmetik- und Nahrungsmittelindustrie produzieren sie wertvolle Rohstoffe wie Pigmente, \u00d6le und Proteine. Davon k\u00f6nnte indirekt auch die Bioenergie-Branche profitieren: Indem man die Verfahren koppelt, die \u00fcbrig bleibende Algenbiomasse also nach dem Extrahieren der Wertstoffe energetisch nutzt.<\/p>\n

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Quellen:<\/p>\n

Nikolaos Boukis (IKFT)
\nhttps:\/\/www.energieundklimaschutzbw.de\/wp-content\/uploads\/2015\/02\/Sherif-Elsayed_Algal-Cultivation-and-Hydrothermal-Gasification-Biomass-and-Energy-Production.pdf<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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