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Mikroalgen als Hoffnungsträger einer biobasierten Zukunft – Biosolarforschung in Mitteldeutschland

In Köthen wurde am 22. Mai 2013 um 14.30 Uhr die neue Technikumsanlage für die  Produktion von Mikroalgenbiomasse (Mikroalgenplattform) feierlich in Betrieb genommen. Die Hochschule Anhalt und die GICON GmbH stellten im Rahmen dieser Veranstaltung, bei der auch der Ministerpräsident des Landes Sachsen-Anhalt,  Dr. Reiner Haseloff, zu Gast war, die neuesten wissenschaftlichen und unternehmerischen Aktivitäten des Biosolarzentrums im Bereich der Mikroalgenbiotechnologie vor.


2011 unterzeichneten der Präsident der Hochschule Anhalt, Prof. Dr. Dieter Orzessek, und der Geschäftsführer der GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH, Prof. Dr. Jochen Großmann – im Beisein der damaligen Kultus- und Wirtschaftsminister Prof. Dr. Birgitta Wolff und Dr. Reiner Haseloff – einen Kooperationsvertrag zum Aufbau eines Biosolarzentrums in Köthen. Zielstellung ist die Bündelung der Aktivitäten von Hochschule, GICON und weiteren Partnern: Es sollen  international wettbewerbsfähige Lösungen im Bereich der Biosolartechnologie entwickelt und vermarktet werden. Unter Biosolar-technologie versteht man Technologien zur Erzeugung von Mikroalgenbiomasse auf Basis von Photobioreaktoren, die weitestgehend klimaneutral sind und nicht in Konkurrenz zur Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für die Nahrungsmittelproduktion stehen.


Mikroalgen gelten als „Rohstoffquelle der Zukunft“. Aus ihrer Biomasse lassen sich sowohl Wirk- und Wertstoffe für die Pharma-, Kosmetik und Lebensmittelbranche herstellen als auch Kraftstoffe und eine Vielzahl von Kohlenstoffverbindungen, die gegenwärtig noch aus Erdöl gewonnen werden. Eine industrielle Nutzung von Mikroalgen hat sich jedoch aufgrund mangelnder Produktivität und Effektivität bestehender Photobioreaktorsysteme sowie fehlender kostengünstiger Aufarbeitungstechnologien noch nicht im großen Stil durch-gesetzt. Diese ist auf wenige Algen fokussiert, die als Nahrungsergänzungs- und Futtermittel vermarktet werden. Hunderttausende von Stämmen sind bisher noch nicht untersucht – ein riesiges Potenzial für das Biosolarzentrum in Köthen.


Grundlage hierfür ist der im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojektes weiter-entwickelte GICON-Photobioreaktor, der 2010/2011 an der Hochschule Anhalt in Köthen errichtet wurde. Gemeinsam mit der Wacker Chemie AG wurde für den neuartigen Reaktor ein Silikon-Doppelschlauchsystem mit innenliegendem Temperierschlauch entwickelt, das höhere Biomasseproduktivitäten liefert und eine größere Flexibilität bei der Standortwahl bietet. Dieses, auf dem biomimetischen Prinzip „Tannenbaum“ beruhende Photobioreaktorsystem, wurde im Mai 2012 vom „German Center for Research and Innovation“ in New York zur Innovation des Monats gewählt.

Mit der Errichtung der Mikroalgenplattform am Standort Köthen 2012/2013 beschreiten die Hochschule Anhalt und die GICON eine neue Etappe der erfolgreichen Zusammenarbeit. Mit Unterstützung des Landes und der EU wurde an der Hochschule Anhalt in Kooperation mit der GICON GmbH eine modulare Photobioreaktorplattform aus vier weiterentwickelten „Tannenbaum“-Reaktoren errichtet, die mit verschiedenen Anlagefahrweisen eine systematische Untersuchung einer Vielzahl von Prozessparametern ermöglicht. Eine der Zielstellungen ist die Entwicklung eines Automatisierungskonzeptes für Großanlagen, dass eine im Voraus berechenbare Steuerung wichtiger Prozessparameter gestattet. Dabei sollen, mit Hilfe von Simulationsmodellen und einer leistungsfähigen Sensortechnik, Temperier-prozesse, Pumpenenergie- und CO2-Eintrag anhand von Wetterdaten vorausschauend den Algenkultivationsprozess steuern und somit optimale Wachstumsbedingungen und prozess-stabile Biomasseproduktionen in hoher Ausbeute ermöglichen. Die Produktivität des neuen Systems soll, mit einer Standardalge und bei einer Betriebszeit von 200 Tagen, ca. 130 kg Biotrockenmasse pro Jahr betragen. Das stellt einen Spitzenwert dar, der die gegenwärtig erreichte Produktivität verdoppelt. Die Algenplattform dient als Forschungsgrundlage für den Bau einer Demonstrationsanlage, die das Bioraffineriekonzept nutzt und durch Kopplung mit der Biogastechnologie wettbewerbsfähige Lösungen auch für die Energiebranche und Chemische Industrie erschließt.Nach Einschätzung von Prof. Dr. Carola Griehl, Leiterin der Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt, „ermöglicht die neue Mikroalgenplattform nunmehr deutschlandweit die einmalige Möglichkeit, im Labor erhaltene Ergebnisse aus der Grundlagenforschung bis hin zur industriellen Applikation zu führen“. „Somit lassen sich in Kooperation mit der regionalen Wirtschaft neue innovative Produkte und Anwendungen entwickeln“, so Prof. Dr. Jochen Großmann, geschäftsführender Gesellschafter der GICON GmbH. Anwendungspotenziale bieten vor allem die Ernährungsbranche, die in Mitteldeutschland bereits in verschiedenen Konsortien im Bereich Functional Food forscht, die Futtermittel-/Aquakulturindustrie, die mittel-deutsche Kosmetik- und Pharmaindustrie sowie die Kali- und Energiewirtschaft. Hintergrund:Die Entwicklung von Technologien, die Kraftstoffe, erdölbasierte Produkte (wie Kunststoffe, Farben, Kosmetikrohstoffe…) und Lebens-/Futtermittel mit geringer C02-Emission markt-gerecht produzieren, wird in Zukunft global und regional eine Schlüsselrolle spielen. Hierzu zählt die Mikroalgenbiotechnologie. Mikroalgen sind die am schnellsten wachsenden Pflanzen auf unserem Planeten, die ihre Biomasse mit Hilfe des Sonnenlichtes und CO2 aus der Luft aufbauen. Dabei ist die Alge um ein Vielfaches effektiver als Landpflanzen, ohne der Landwirtschaft Flächen zu entziehen. Viele Mikroalgen verfügen über hohe Lipid-/Ölgehalte und haben somit das Potenzial in die Liga der Spritlieferanten aufzusteigen und bei der Ölversorgung von morgen eine wichtige Rolle zu spielen. Die Gewinnung von Biokraftstoffen aus Algen könnte als Motor für die Etablierung von Bioraffineriekonzepten aus Mikroalgen dienen. Voraussetzung hierfür ist die Entwicklung von verbesserten Aufarbeitungs-technologien, die auch am Biosolarzentrum in Köthen erforscht werden sollen.Bislang ist die Anzahl der Unternehmen und Forschungseinrichtungen/Hochschulen, die sich in Deutschland mit der Mikroalgenbiotechnologie beschäftigen, relativ gering. Das mitteldeutsche  Unternehmen GICON GmbH (Geschäftsführer: Prof. Dr. Jochen Großmann) mit Stammsitz in Dresden und mehreren Niederlassungen in Deutschland (ca. 450 Mitarbeiter) entwickelt, plant und realisiert unter anderem Biogas-, Windkraft- und Algenproduktionsanlagen als Generalunternehmer. Die Niederlassung in Wolfen/SA, die aus der Bisantech Nuova (Geschäftsführer: Dr. Fritz Cotta) hervorgegangen ist, baute die weltgrößte tubuläre Produktionsanlage in Klötze. Die Hochschule Anhalt (Leiterin Algen-biotechnologie: Prof. Dr. Carola Griehl) zählt zu den führenden Forschungseinrichtungen auf diesem Gebiet.Mit der Inbetriebnahme der Mikroalgenplattform an der Hochschule Anhalt in Köthen und der Kooperation mit der GICON GmbH als einem der Marktführer im Photobioreaktorbau sowie weiterer Partner der Region entwickelt sich Sachsen-Anhalt zu einem bedeutenden Zentrum der deutschen Biosolartechnologie, das auch als Katalysator für die wirtschaftliche Entwicklung in Mitteldeutschland wirken könnte.Das Biosolarzentrum unter Leitung von Prof. Dr. Carola Griehl (Hochschule Anhalt) und Dr. Fritz Cotta (GICON) verfügt aktuell mit 13 drittmittelfinanzierten Mitarbeitern der Hochschule Anhalt und drei Mitarbeitern der Firma GICON sowie einer hervorragenden Labor- und Technikumsausstattung über eine sehr gute Wissensbasis und Forschungsinfrastruktur. Die Mitarbeiter, die auch aus anderen Bundesländern nach Köthen gekommen sind, besitzen langjährige Erfahrungen in der Mikroalgenkultivierung und  produktion. Mit dem ehemaligen Geschäftsführer der weltgrößten tubulären Glasröhrenproduktionsanlage in Klötze (Roquette Klötze GmbH), Dr. Martin Ecke, konnte ein Mitarbeiter für das Biosolarzentrum gewonnen werden, der weltweit als anerkannter Experte für die Mikroalgenproduktion gilt und unternehmerisches Denken und Handeln einbringt.