Biosprit: Sonnenkur für Algen

Sie heißen Chlamydomonas reinhardtii, Thalassiosira pseudomona oder Phaeodactylum tricornutum. Diese kugelförmigen Mikroalgen sind nur Hundertstel Millimeter groß, gelten aber als die wahren Meister der Photosynthese. Weit effizienter als alle Grünpflanzen wandeln sie in Wassertanks die Energie des Sonnenlichts in chemische Energie beispielsweise als Öltröpfchen um und entziehen dabei der Atmosphäre das Treibhausgas Kohlendioxid. Auf diesen Organismen gründet die Hoffnung, in Zukunft genug Treibstoffe zu erzeugen, um von den schwindenden Erdölressourcen unabhängig zu werden.

„In zehn bis 15 Jahren könnte es möglich sein, Algensprit in größeren Mengen wirtschaftlich herzustellen“, schreiben René Wijffels und Maria Barbosa von der Universität Wageningen im Fachblatt „Science“ (Band 329, Seite 796). In ihrem Beitrag analysieren die niederländischen Wissenschaftler den Stand der Algenforschung und das Potenzial dieses nachwachsenden Treibstofflieferanten.

Mit einem Wirkungsgrad von mindestens drei Prozent nutzen die Mikroalgen das Sonnenlicht nicht nur viel effizienter als Bäume oder Grünpflanzen vom Feld. Sie benötigen auch kein fruchtbares Ackerland, das für die Produktion von Getreide, Reis und anderen Nahrungsmitteln viel sinnvoller bewirtschaftet werden kann als mit „Energiepflanzen“ wie Raps.

Innerhalb von fünf bis sieben Tagen wachsen die Algen heran und können ganzjährig geerntet werden. Aus dieser Biomasse lässt sich fortlaufend Algensprit erzeugen, ein großer Vorteil gegenüber Biotreibstoffen der zweiten Generation, die aus Stroh oder Holzabfällen gewonnen werden. Mit ihrem hohen Ölgehalt von 50 Prozent und mehr liefern sie den idealen Rohstoff für Biodiesel. So ließe sich im Prinzip der Treibstoffdurst von ganz Europa mit Algensprit stillen.

Die Qualität von Diesel aus der Algenbiomasse steht der von klassischem Diesel in nichts nach. Im Gegenteil, wie jüngst Testflüge des Europäischen Luftfahrtkonzerns EADS zeigten. Einer von zwei Turbodieselmotoren eines Sportflugzeugs mit zwei Propellern verbrannte puren Algensprit und emittierte dabei bis zu 40 Prozent weniger Stickoxide. Zugleich sanken der Verbrauch und der Ausstoß an Kohlendioxid. „Diese Biotreibstoffe der dritten Generation sind mehr als nur ein Ersatz für herkömmliche Energieträger. Sie bringen ganz neue Möglichkeiten für die Antriebe der Zukunft“, sagt EADS-Entwicklungsleiter Jean Botti.

Damit ein großflächiger Einsatz überhaupt denkbar wird, muss die Produktion von Mikroalgen für Biotreibstoffe auf viel größeren Flächen zu deutlich geringeren Kosten erfolgen als bisher. Rund um den Globus entstanden in den vergangenen Jahren zwar zahlreiche Farmen, in denen Mikroalgen in transparenten Wassertanks gedeihen. In Deutschland starteten etwa die Energieversorger RWE und Eon Forschungsvorhaben. Doch alle zusammen kommen gerade einmal auf etwa 5000 Tonnen getrockneter Biomasse. Mit dieser Menge könne gerade der Bedarf der Nahrungsmittel-, Tierfutter- und Kosmetikindustrie an dem ölreichen Rohstoff gedeckt werden.

Die Lösung sehen Wijffels und Barbosa in Bioreaktoren von gigantischen Ausmaßen. Um mit Mikroalgen den Treibstoffbedarf Europas decken zu können, müsste in diesen Wassertanks Biomasse für 400 Milliarden Liter Diesel und Benzin wachsen. Ausgehend von einer Produktivität von 40 000 Litern pro Jahr und Hektar, wäre dazu eine sonnenbeschienene Fläche von der Größe Portugals notwendig. Da diese Freiflächen in Europa selbst kaum zu finden sind, wäre der Aufbau von solchen Algenfarmen in den sonnenreichen Wüstenregionen Nordafrikas denkbar, analog zu den Wüstenstromideen der Desertec-Initiative.

Der Wasserbedarf hält sich dabei in Grenzen. „Mikroalgen brauchen viel weniger Wasser als andere Energiepflanzen“, betonen Wijffels und Barbosa. Für einen Liter Algensprit seien – bei einem Ölgehalt von 50 Prozent – nur anderthalb Liter Wasser nötig. Zum Vergleich: Für einen Liter Treibstoff aus Raps oder Zuckerrohr werden bis zu 10 000 Liter verbraucht.

Woran scheitert dann der Aufbau riesiger Algenfarmen? An den noch sehr hohen Kosten. Der Durchschnittspreis für Mikroalgen liegt bei 250 Euro pro Kilogramm getrockneter Biomasse. Damit kostet dieser Spritrohstoff 500-mal mehr als Palmöl, von dem jährlich in tropischen Ländern wie Indonesien, Malaysia oder Brasilien über 40 Millionen Tonnen produziert werden. Allerdings wird für die gigantischen Palmenplantagen nicht selten Regenwald gerodet.

Doch die Kosten für die Zucht von Mikroalgen und deren Verarbeitung zu Algensprit werden wahrscheinlich fallen. Nach Meinung der niederländischen Algenexperten könnte aus genetisch manipulierten Mikroalgen mit dünneren Zellwänden das Öl viel einfacher gewonnen werden. Ausgeklügelte Sedimentations- und Filterprozesse sollen die Trocknung der Biomasse aus dem Wasser erleichtern. Heute werden dazu oft Zentrifugen eingesetzt, was viel Strom kostet und teuer ist.

Da Mikroalgen neben Sonne und Kohlendioxid auch Nährstoffe brauchen, müssten Stickstoff- und Phosphorhaltige Dünger möglichst aus biologischen Abfällen gewonnen werden. Denn die Düngermenge, die heute für die gesamte Landwirtschaft in Europa produziert werde, reiche zum Füttern der Algenfarmen nicht aus. Sollen Algen den Spritdurst Europa decken, wäre etwa die doppelte Mange an Nährstoffen nötig.

„Letztendlich wird die Algensprit-Produktion nur wirtschaftlich, wenn sie mit der Herstellung von Chemikalien und Futtermitteln kombiniert wird“, sind sich Wijffels und Barbosa sicher. Mit verbesserten Zuchtmethoden bestehe durchaus die Möglichkeit, Proteine für Tierfutter als Nebenprodukt aus den Algen zu gewinnen. Heute können die enthaltenen Proteine – immerhin bis zu 40 Prozent – noch nicht effizient abgetrennt und genutzt werden. Sollte dieses Problem in den kommenden Jahren gelöst werden, würden die Chancen für kommerzielle Algenfarmen beträchtlich steigen. Denn eine Treibstoffquelle, die zugleich Futter für die Tierzucht liefert, wäre ohne jede Konkurrenz.