Bioenergie Der Frühling der grünen Sonnenkollektoren

Vor einiger Zeit, als nachwachsende Rohstoffe wie Raps, Ölpalmen oder Zuckerrohr noch fast uneingeschränkt den Nimbus des ökologisch Verträglichen hatten und Biomasse quasi als Synonym einer unbegrenzt verfügbaren und klimaneutralen Brennstoffalternative verwendet wurde, da schien die Lösung der Energiefrage ganz einfach. Die grünen Energiespeicher müssten nur geerntet und effizient angezapft werden. Solche beinahe romantischen Visionen sind inzwischen allerdings obsolet. Mit den zuletzt immer neuen Berichten von umweltschädlichen Anbauverfahren und der am Ende auf Kosten der Hungernden erzeugten Konkurrenz um kostbare Ackerflächen hat die Bioenergie ihre Unschuld verloren.

Jetzt wird, wie in dieser Woche auf der Biodiversitätskonferenz der Vereinten Nationen in Bonn, politisch um die Auflagen gerungen, die an eine „saubere“ Gewinnung von Spritalkohol und Biodiesel geknüpft werden sollen. Wie auch immer die Ökozertifikate ausgestaltet werden, die sich aus diesen Verhandlungen ergeben sollen – profitieren könnten letzten Endes vor allem jene Biomasse-Verfahren, die lange als Exoten im Schatten der vermeintlich einfacheren Konzepte standen. Dazu gehört auch die Mikroalgen-Kulturtechnik, die bislang ihre Erfolge vor allem in der Herstellung von Kosmetikprodukten und Nahrungs- oder Futtermittelzusätzen erzielt hat.

Züchtung in lichtdurchfluteten Bioreaktoren

Die winzigen, doch enorm vermehrungsfreudigen einzelligen Mikroorganismen werden in lichtdurchfluteten Bioreaktoren in extremen Dichten gezüchtet. Einige der weit über tausend inzwischen systematisch gestesteten Einzelleralgen können wegen ihres Ölgehaltes als Quelle für Biodiesel dienen, andere werden geerntet und getrocknet zur Ethanol-Gewinnung genutzt. Schon vor Jahren kam man auf die Idee, das verpönte Treibhausgas Kohlendioxid, das die Algen zum Wachstum brauchen, in die Lichtreaktoren einzuleiten und die Algen damit direkt und ohne großen Flächenbedarf aus den Abgasen von Kohlekraftwerken zu versorgen. Mikroalgen wie die Süßwasserart Chlorella vulgaris gedeihen in diesen Reaktoren zwar prächtig, aber für die Bioenergieproduktion lange nicht effizient genug. Die Jahresproduktion belief sich weltweit zuletzt auf schätzungsweise fünftausend Tonnen.

Nun allerdings, mit dem wachsenden Interesse von Industrie und Politik, und einigen beachtlichen Fortschritten in der Kulturtechnik, soll sich das Blatt wenden. Bei Otto Pulz am Institut für Getreideverarbeitung (IGV) in Nuthetal vor den Toren Potsdams geben sich die Interessenten die Klinke in die Hand. „Wir können die Anfragen inzwischen nicht mehr bewältigen“, sagt der Biotechnologe, der das ehemelige DDR-Institut Anfang der neunziger Jahre zusammen mit Peter Kretschmer von der Treuhand gekauft hat und sich nun als Vorreiter einer Zukunftsindustrie sieht. In Sachsen-Anhalt hat das IGV mittlerweile die größte Algenproduktionsanlage weltweit installiert: Zwanzig Photobioreaktoren, aufgebaut als Röhrensystem auf einer Fläche von einem Hektar, mit mehr als fünfhundert Kilometern Röhrenlänge und einem einem Fassungsvermögen von je 35.000 Litern.

Mikroalgen fünfmal so effizient wie höhere Pflanzen

Mikroalgen sind als stark chlorophyllhaltige Zellen gut fünfmal so effizient in der Photosyntheseleistung, also der Umwandlung von Sonnenlicht in Biomasse, wie höhere Pflanzen. Der Ertrag je Hektar ist mit jährlich 150 Tonnen sechsmal so groß wie jener des Elefantengrases oder Chinaschilfs und gut fünfzigmal so groß wie der von Raps. Und dabei ist der Flächenbedarf für die Absorption einer Tonne Kohlendioxids deutlich geringer – ein Viertel des Flächenbedarfs von Elefantengras und ein weniger als ein Dreißigstel der benötigsten Rapsflächen.

Aber selbst die von Pulz und seinem Team im sachsen-anhaltinischen Klötze installierten Reaktoren reichten noch nicht aus, wollte man die Mengen an Kohlendioxid eines herkömmlichen Hundert-Megawatt-Kraftwerks in energetisch nutzbare Biomasse umwandeln. Eine halbe Million Tonnen Algen auf einer Fläche von knapp 1600 Hektar müssten Pulz zufolge dafür schon installiert werden. „Wir brauchen noch größere und effektivere Anlagen“, sagt er.

Neues Werk, höhere Produktivität

Solche Fortschritte sind freilich schon auf dem Weg. International ist ein Wettlauf entbrannt, in dem Pulz eine Führungsrolle anstrebt. An seinem Institut ist zuletzt ein als „3-D-Matrix“ bezeichnetes Röhrensystem entwickelt worden. Die Algen können sich damit im Innern der Röhren praktisch nicht mehr selbst beschatten. „Jedes Photon wird genutzt“, behauptet Pulz. Und damit könnten quasi kontinuierlich Algen geerntet werden.

Zusammen mit der amerikanischen Firma „Greenfuel“, die vor kurzem 100 Millionen Dollar an Investitionen zugesagt und den Bau einer europäischen Großanlage versprochen hat, wurden die neuen Photobioreaktoren des IGV inzwischen am Redhawk-Großkraftwerk in der Wüste von Arizona getestet. Ergebnis: Die Produktivität steigt verglichen mit konventionellen Reaktoren auf mehr als das Doppelte. Gegenüber den Pflanzen stehe man, was den Biomasse-Ertrag je Quadratmeter Fläche angeht, um das Zehn- bis Fünfundzwanzigfache besser da.

Das Potential der „grünen Sonnenkollektoren“

Der Gutachter des österreichischen Biomasseverbandes, Josef Plank, ging in seiner Analyse jüngst so weit, dass er den vollständigen Ersatz des Erdölverbrauchs in der Europäischen Union auf einer solchen Mikroalgen-Reaktorfläche von 4,5 bis 8,5 Millionen Hektar für möglich hält – „in Südspanien oder Süditalien lassen sich die Flächen wahrscheinlich organisieren“. Aber auch er sieht die Technik wie Pulz noch nicht am Ziel. Sein Fazit: „Unter den gegenwärtigen Preisverhältnissen ist eine großflächige Produktion der Mikroalgen für Energie unter mitteleuropäischen Klimaverhältnissen nicht realistisch.“

Das Ganze sieht zwar in wärmeren, sonnenreicheren Gefilden günstiger aus und dürfte sich bei weiter steigenden Ölpreisen noch mehr zugunsten der Mikroalgen verschieben. Aber am liebsten würde man natürlich schon heute beweisen, was in den „grünen Sonnenkollektoren“ an Potential wirklich drinsteckt. Das Interesse jedenfalls war nie größer und die Gelegenheit selten so günstig.