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Zukunftsenergie Alge?
Was halten Sie von einem Gedankenexperiment? Sie steigen in ein Flugzeug, setzen sich auf den zugewiesenen Platz, lehnen sich entspannt zurück und die Stewardess bringt Ihnen ein frisches Getränk. Der Flieger hebt zu dem zehn Stunden entfernten Ziel Colombo in Sri Lanka ab. Während Sie sich einen Film ansehen, verbraucht Ihr Flieger rund 13.000 Liter Kerosin pro Stunde. Das sind während des gesamten Fluges etwa 130.000 Liter. Da in Ihrem Flugzeug rund 500 weitere Passagiere sitzen, verbrauchen Sie stündlich 26 Liter Kerosin. In CO2-Emissionen ausgedrückt liegt Ihr Verbrauch während des zehnstündigen Fluges bei etwa 2.700 kg CO2. Zum Vergleich: Ein Bewohner Ihres Ziellandes Sri Lanka verbraucht rund 600 kg CO2 im Jahr. (Stand: 2010). Damit verbrauchen Sie auf dem Flug nach Colombo viereinhalb Mal so viel CO2 wie ein Bewohner Sri Lankas. Und das nur auf dem Hinflug.
Ölreserven neigen sich dem Ende zu
- Die Erdölreserven der Erde neigen sich langsam dem Ende zu. (Fotoquelle: © BP/BP-Pressecenter)
Unabhängig vom hohen CO2-Verbrauch ist mittlerweile klar, dass sich die Öl-Reserven ihrem Ende zuneigen. Die Reserven werden auf 1.333 Milliarden Barrel Öl geschätzt und sollen laut einem Bericht des Ölriesen BP in etwa 46 Jahren aufgebraucht sein. Dass durch den Verbrauch große Mengen Kohlendioxid freigesetzt werden, welche das Klima aufheizen, haben mittlerweile auch die hartnäckigsten Gegner von Klimawandel-Szenarien eingesehen.
Biomasse
Langsam tut sich etwas in der Gesellschaft, der Wirtschaft und der politischen Landschaft. Förderprogramme werden aufgefahren, die zum Beispiel die energetische Biomassenutzung erforschen sollen. Was oft nicht erwähnt wird: Durch die Produktion von Bioenergie werden landwirtschaftliche Nutzflächen beansprucht, die in Anbetracht einer rasant wachsenden Weltbevölkerung dringend benötigt werden. So werden in Deutschland rund 17% der verfügbaren Ackerfläche für den Anbau von Energiepflanzen genutzt - das sind knapp 2 Millionen Hektar. Bis 2020 könnte sich diese Zahl verdoppeln. Welche Auswirkungen das für die Ernährung der Weltbevölkerung haben wird, ist absehbar.
Mikroalgen
Hoffnung versprechen Forscher auf der ganzen Welt, die an alternativen Methoden der Energiegewinnung arbeiten. Ein großes Potential haben hier Mikroalgen. Dies sind in der Regel ein- oder mehrzellige Algen, die einen Lipidanteil von bis zu 60% aufweisen. Mit Hilfe von Sonnenenergie, Wasser, Nitraten und Phosphaten erzeugen sie aus energiearmen Stoffen, energiereiche Stoffe und binden dabei Kohlendioxid (CO2). Die Zellteilung einiger Algenarten ist rasant. Innerhalb von 12-16 Stunden können sich manche Algenarten in 4-16 Tochterzellen teilen. Sind die Bedingungen optimal kann es so innerhalb kürzester Zeit zu einem enormen Anstieg von Biomasse kommen. Diese kann wiederum durch unterschiedliche Prozesse zu Rohöl, beziehungsweise Kerosin verarbeitet werden.
Erstes Flugzeug mit Algensprit
- Testflug mit 100% Algensprit auf der ILA 2010 in Berlin. (Fotouelle: © EADS / Dannenberg)
Bei der Internationalen Luftfahrtausstellung 2010 in Berlin präsentierte der europäische Luft- und Raumfahrtkonzern EADS bereits das erste Flugzeug, das zu 100% mit Algensprit flog. Doch warum wird Algensprit bisher noch nicht an Tankstellen angeboten? Zu unrentabel, sagen einige Experten führender Automobilhersteller und der Luftfahrt und werden vom deutschen Forschungsministerium bestätigt: "Die Produktion von Energieträgern aus Algenbiomasse stufen wir als unökonomisch ein", sagt Ferdinand Knauß, Pressereferent im Bildungsministerium und fügt hinzu, dass die Produktion von Mikroalgen bisher nicht nachhaltig sei: "Algen belasten im Vergleich zu Raps, Mais und Switchgrass die Umwelt stärker, wenn man Energieverbrauch, Treibhausgasemissionen und Wasserverbrauch berücksichtigt." Wissenschaftlich belegt ist das allerdings noch nicht.
Phosphor und Nitrate
Ein weiteres Problem ist der Umgang mit Wasser, welches für die Produktion der Mikroalgen benötigt wird. Wenn die Algenproduktion kommerzialisiert wird, ergeben sich riesige Mengen Abwasser. Diese müssen in nutzbare Zustände zurückgeführt werden. Dazu kommt der enorme Bedarf an Nährstoffen wie Phosphor und Nitraten, die für die Photosynthese und das Vermehren der Algen notwendig sind. Phosphor und Nitrate sind mineralische Rohstoffe, die in der Erdkruste nur begrenzt vorkommen. Insbesondere Phosphor wird bereits in großen Mengen als Düngemittel in der Landwirtschaft eingesetzt. Durch den kommerziellen Anbau von Mikroalgen würden noch größere Mengen des ohnehin schon knappen Rohstoffes benötigt werden.
Haben Mikroalgen eine Chance?
Dr. Paul Johnston, wissenschaftlicher Leiter der Forschungslabore von Greenpeace, bezweifelt, dass eine Lösung für dieses Problem gefunden werden kann: "Realistisch betrachtet kann ich nicht erkennen, dass wir eine Lösung für diese Hürden finden werden." Dann fügt er hinzu: "Es mag möglich sein Kohlendioxid aus verschiedenen Quellen für die Algenkultivierung zu nutzen, aber gleichzeitig wird es immer das Problem der Energiezufuhr geben." Aus dieser Perspektive betrachtet, rückt die Vision von Algensprit in weite Ferne.
Optionen?
Doch welche Optionen haben wir? Unsere fossilen Brennstoffe neigen sich dem Ende zu. Die erneuerbaren Energien aus Windkraft und Solar werden vermutlich irgendwann flächendeckend Strom für die Mobilität an Land und auf dem Wasser liefern können. Die Flugzeugbranche wird jedoch noch Jahrzehnte auf flüssigen Treibstoff angewiesen sein, da dieser eine hohe Energiedichte aufweist. Eine Alternative ist die Gewinnung von Biomasse aus energetischen Nutzpflanzen. Diese benötigen jedoch landwirtschaftliche Nutzflächen, welche dringend zur Nahrungsmittelversorgung gebraucht werden.
Biokraftstoffe fördern den Welthunger
- Hungersnot in Ostafrika. (Fotoquelle: Malteser International)
Bereits heute hungert etwa jeder siebte Mensch. Steigende Lebensmittelpreise fördern diese Entwicklung. Auch wenn der prozentuale Anteil der hungernden Menschen weltweit gesunken ist, müssen immer mehr Menschen hungrig ins Bett gehen. Die Frage ist nun: Wollen wir diese Entwicklung fördern, indem wir landwirtschaftliche Nutzflächen für die Erzeugung von Biokraftstoffen nutzen? Oder müssen wir unseren Wohlstand zurückschrauben und im Sinne des Allgemeinwohls unsere Mobilität sowie den Konsum von ölhaltigen Produkten (Kunststoffe, pharmazeutische Produkte, Medikamente etc.) reduzieren? In der Praxis schwer vorstellbar, denn wer fühlt sich schon moralisch zu so einem Schritt verpflichtet? Wohl eher ein kleiner Teil der Bevölkerung. Wollen wir die Nahrungsmittelknappheit nicht weiter verschlimmern, müssen wir also ernsthaft über Alternativen nachdenken.
Großes Potential der Mikroalgen
Kommen wir also zurück zu den Mikroalgen. Bisher steckt die Technologie noch in den Kinderschuhen: Zu ineffizient, zu teuer, zu aufwendig und vor allem zu wenig erforscht. Es wird geschätzt, dass es 500.000 Algenarten auf der Welt gibt. 43.000 davon sind bereits klassifiziert, 220 Makroalgen und 15 Mikroalgen werden bereits kommerziell genutzt. Das bedeutet, dass mehr als 450.000 Algenarten noch nicht erforscht wurden. Welches Potential in diesen unerforschten Algen schlummert, kann man nur ahnen. Doch selbst wenn keine der unerforschten Algen geeignet sein sollte: Durch bestimmte Züchtungsverfahren lassen sich effizientere Algen erzeugen. Das zumindest erhofft sich Prof. Dr. Thomas Brück von der TU München: "Wir haben ein Konsortium zusammen, dass sich mit Mikroalgenkultivierung, -optimierung und auch -verarbeitung befasst, mit dem Schwerpunkt Flugkerosin herzustellen." Dabei befasst sich die Expertengruppe insbesondere mit Salzwasseralgen.
Hohe Wertschöpfung
Das Ziel ist es Mikroalgen zu züchten, die deutliche effizienter als bisherige Algen sind. Durch genetischen Druck werden die Genstrukturen wie im Kreuzungsverfahren verändert, um die Algen effizienter zu machen. Dieser ganze Prozess läuft vollautomatisch ab. Am Ende sollen Mikroalgen stehen, die sehr schnell sehr viel Biomasse und sehr viel Öl bilden. Selbst die Reststoffe haben "eine unheimliche Wertschöpfung", so Brück. Neben pharmazeutischen Produkten und Nahrungsergänzungsmitteln können sie auch als Futtermittel in der Tierhaltung verwendet werden. Es wurde "schon gezeigt, dass sie sehr gut für die Mast von Schweinen einsetzbar sind." Die Reststoffe wirken sich insbesondere auf die spätere Gesundheit der Tiere aus. Ein nicht zu verkennender Vorteil, bedenkt man die zunehmenden Skandale in der Tierzucht, die häufig durch Krankheiten der Tiere entstehen.
Hoher Forschungsaufwand gefordert
- Grundsteinlegung des Biosolarzentrums an der HS Anhalt in Köthen. Hinten: Dr. Cotta von der Firma GICON, der den Tannenbaumreaktor entwickelt hat und vorne Prof. Dr. Carola Griehl von der HS Anhalt in Köthen. (Fotoquelle: Prof. Griehl)
Was von vielen Kritikern sehr skeptisch betrachtet wird, bietet mehr Potential als manch einer denkt. Allerdings bedarf es noch viel Forschungsarbeit, um Algensprit bezahlbar zu machen: "Um preisgünstig Algensprit herzustellen, muss man die Kosten für die Kultivierung der Algen und ihre Aufarbeitung senken," sagt Prof. Dr. Carola Griehl, die Algenbiotechnologin und Leiterin des Innovationslabors Algenbiotechnologie an der Hochschule Anhalt ist.
"Die ganze Produktionskette muss weiterentwickelt werden, um die Kosten des Endproduktes zu reduzieren", ergänzt Pauliina Uronen, Expertin für Algenöl, bei der finnischen Firma Neste Oil, und fährt fort: "Treibstoff ist zurzeit extrem günstig und darum bedarf es einer Prozessoptimierung aller Zwischenschritte, um konkurrenzfähig zu werden. Wenn es einen technischen, kostensenkenden Durchbruch gibt, sind der Produktion von Millionen Tonnen Algenöl für den Flugverkehr praktisch keine Grenzen mehr gesetzt."
Förderprogramm sind in Deutschland schlecht
Insbesondere die USA und Spanien haben das Potential von Mikroalgen erkannt und millionenschwere Förderprogramme im dreistelligen Bereich auf den Weg gebracht. Alleine das amerikanische Unternehmen Sapphire Energy verfügt dank privater und öffentlicher Fördergelder über 300 Millionen Dollar für die weitere Erforschung von Algenöl. In Deutschland sieht die Situation etwas anders aus: "Die Förderprogramme mit Algen sind eigentlich sehr dünn," bemerkt Brück. Auf Nachfrage im Bundesforschungsministerium teilte dieses dann mit, dass bis 2015 etwa 23 Millionen Euro für ausgeschriebene Forschungsvorhaben vergeben werden sollen. Auch das Land Sachsen-Anhalt investiert gegenwärtig zwei Millionen Euro in ein Biosolarzentrum auf Basis einer neuen Reaktortechnologie. "Verglichen mit den Forschungsinvestitionen in den USA und anderen Ländern, die die Algenbiotechnologie als Zukunftstechnologie begreifen, ist das aber nur der berühmte" Tropfen auf den heißen Stein"," so Griehl und ergänzt: "Um die riesigen Potenziale der Algenbiotechnologie zur stofflichen und energetischen Verwertung der Algen zu nutzen, bedarf es weiterer Unterstützung durch Forschungsgelder, denn von einer wirtschaftlichen Nutzung ist diese "wirklich grüne" Technologie noch 10 bis 20 Jahre entfernt."
Mikroalgen haben sehr hohes Potential
- Outdoor-Kultivierung von Algen. (Fotoquelle: Algae PARC at Wageningen UR, The Netherlands)
Das Forschungsfeld der Mikroalgen befindet sich nach wie vor in einem Anfangsstadium der Entwicklung. Es ist ungewiss, ob Algensprit jemals kommerziell genutzt werden kann. Betrachten wir jedoch unsere gegenwärtige Ausgangslage und blicken über die Grenzen von Deutschland und Europa hinaus, so bleibt uns keine andere Wahl als in innovative und zukunftsträchtige Technologien zu investieren - zu so einer zählen Mikroalgen. Hoffnungsvolles verlautet von Prof. Brück: "Ich gehe davon aus, dass es eine der Zukunftsenergien ist." Es ist zwar nicht absehbar, welchen Stellenwert Mikroalgen einnehmen werden, aber das Potential einen hohen Stellenwert im Energiemix einzunehmen, ist vorhanden. Die meisten bisherigen Forschungsvorhaben fanden und finden in Kooperation aus Forschung und Industrie statt. Die Bundesregierung hielt sich mit Investitionen bislang zurück. Dennoch scheint sich die Meinung auch dort zu wandeln: "So langsam spürt man auch in Deutschland ein noch eher von Skepsis getragenes Interesse in der Bundespolitik," sagt Griehl.
Nun ist politischer Wille gefordert
Im Sinne einer nachhaltige, gerechten und zukunftsfähigen Energieversorgung sollte das Potential von Mikroalgen stärker erforscht werden. Es steht zuviel auf dem Spiel, als dass wir es uns erlauben könnten, eine derartige Chance ungenutzt zu lassen. Das Potential ist offenkundig da. Es liegt nun am politischen Willen, die Forschung auf dem Gebiet der Mikroalgen voranzutreiben.
European Circle Report
