Biokraftstoff Gartenteich statt Scheich

Roosendaal. Ein verwunschener Gartenteich sieht anders aus. Kein Froschkönig, keine Prinzessin weit und breit, trotzdem könnten in den grünen Fluten jede Menge Goldkugeln schwimmen: mikroskopisch kleine Algen, die hier in einem Rohrsystem gezüchtet werden. Ihnen prophezeit man eine große Zukunft, denn sie sollen einmal das Erdöl ersetzen und als Spritquelle dienen, außerdem das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Atmosphäre fischen. Sie brauchen keinen Ackerboden, nur Licht. All das macht die photosynthesebetreibenden Hoffnungsträger so interessant, und die wässrige Algensuppe, die hier in einer Montagehalle im holländischen Roosendaal angerührt wird, so wertvoll.

Stolz steht Peter van den Dorpel, Chef der Firma Algae Link, neben breiten Plastikröhren, durch die eine grüne Brühe fließt. Es handelt sich um einen Prototyp der Bioreaktoren, die Algae Link für die Algenzucht entwickelt. Leise brummt eine Elektropumpe und hält die Mikroorganismen in Bewegung. Nichts soll sich absetzen und das transparente Hartplastik trüben, die Winzlinge würden unter Lichtmangel leiden, deshalb fährt auch ein Schwamm täglich durch die Windungen.

Kumulierbare Einheiten

Im Gegensatz zu Tümpelbewohnern wuchern die Algen in der hermetisch abgeschlossenen Anlage nicht unkontrolliert: Messgeräte überwachen den pH-Wert und die Nährstoffkonzentrationen, prüfen ob genug Kohlendioxid vorhanden ist und nicht zu viel Sauerstoff. Als Basis verkauft Algae Link Zuchtsysteme, die etwa ein Volumen von 23 Kubikmetern fassen und sich auf 300 Quadratmetern winden. Die sechs oder zwölf Meter langen Rohre lassen sich in Schleifen aneinanderlegen und erweitern, aber mehr als 2500 Meter empfiehlt van den Dorpel nicht zu koppeln. Ein einzelner Fehler würde sich sonst zu stark auf das Ganze auswirken und die Produktion empfindlich stören. Bei Algae Link setzt man deshalb auf kleine unabhängige Einheiten: "Das ist, wie Tomaten in einem Gewächshaus anzubauen", sagt van den Dorpel, "wenn Sie mehr Tomaten haben möchten, legen Sie einfach ein paar Reihen mehr an." Abgesehen davon, dass das Grün nun schwimmen muss, klingt es einleuchtend, aber an geeigneten Systemen tüfteln auch in Deutschland seit Jahren die Verfahrenstechniker von Universitäten und Instituten.

Algae Link wurde 2007 gegründet. Die 15 Mitarbeiter fertigen Photobioreaktoren, die inzwischen weltweit Abnehmer finden. Die Rohrsysteme gehen nach China, Afrika und Australien, wo Kunden Großes vorhaben: Algen legen Speicher mit Fettsäuren an, als Vorsorge für magere Lebensphasen - daraus soll Biodiesel gewonnen werden. Eine erneuerbare Energiequelle also, die helfen könnte, von den fossilen Ressourcen loszukommen, ohne die Atmosphäre zusätzlich mit Kohlendioxid zu belasten.

Mikroalgen liegen vorn

Aber werden dafür nicht schon Sojabohnen und Mais in den Vereinigten Staaten angebaut, Raps in Europa und Ölpalmen in Asien? Warum jetzt auch noch Algen? Weil die Pflanzen, die gegenwärtig der Gewinnung von Biodiesel oder auch Ethanol dienen, letztlich für die globale Energiewende nicht taugen: Ihr Ölgehalt ist zu niedrig und ihr Anspruch an die Felder zu groß. Wollten die Vereinigten Staaten beispielsweise den jährlichen Erdölbedarf durch Biodiesel aus Ölpalmen ersetzen, müsste man diese auf über hundert Millionen Hektar anbauen, berechneten neuseeländische Wissenschaftler 2007. Das wären knapp zwei Drittel der Fläche, die den Amerikanern überhaupt an Ackerland zur Verfügung steht. Dabei gilt die Palme mit einer Ernte von 5950 Litern Öl pro Hektar noch als ertragreichstes Landgewächs.

Mikroalgen schneiden da insgesamt besser ab. Ihr Ölgehalt liegt durchschnittlich bei 30 Prozent. Damit könnten sie schon stolze 58 700 Liter pro Hektar liefern, doch manche Arten können unter Nährstoffmangel sogar bis zu 80 Prozent erreichen. Und Forschungsteams versuchen mit gentechnischen Tricks, die Bilanz zu verbessern. Außerdem wachsen Algen recht schnell, einige verdoppeln ihre Biomasse gar innerhalb von acht Stunden - man könnte täglich ernten, was bei Mais oder Raps unmöglich wäre. Zudem müssen Landpflanzen stärker mit Stickstoff gedüngt werden, der in Form von Stickoxiden entweicht, wenn man die Gewächse verbrennt - und sich somit in einen echten Klimakiller verwandelt.

Hauptvorteil der Algen ist aber, dass sie als Wasserorganismen nicht auf kostbaren Ackerboden angewiesen sind und deshalb keine Konkurrenz für den Anbau von Nahrungspflanzen oder den Regenwald bedeuten: Die Photobioreaktoren können im Prinzip überall aufgestellt werden, vor allem wenn es sich nicht um offene Becken, sondern geschlossene Anlagen mit Folienschläuchen, Platten oder eben Röhren handelt.

Je teurer das Erdöl, desto günstiger die Prognosen für Biodiesel

"Biodiesel aus Mikroalgen ist der einzige erneuerbare Treibstoff, der fossile Öle komplett ersetzen kann", schrieb Yusuf Chisti vor zwei Jahren in der Zeitschrift Trends in Biotechnology. Sein Optimismus kommt nicht von ungefähr, der Biochemiker der Massey-Universität in Neuseeland hat mit seinen Arbeiten viele Grundlagen für die heute üblichen Technologien in der Algenzucht geschaffen und seit den 1980er Jahren für diese Energiequelle plädiert.

Schon 1978 hatte das amerikanische Energieministerium ein "Aquatic Species Program" ins Leben gerufen, das ertragreiche Arten finden und deren industrielle Nutzbarkeit prüfen sollte. Im Land wurden mehr als 3000 Stämme verschiedenener Grün- und Kieselalgen gesammelt und untersucht, in Neu-Mexiko baute man auf einer Fläche von 1000 Quadratmetern Teichbecken, doch zur Massenproduktion kam es nicht. Als sich Mitte der achtziger Jahre die Ölkrise entschärfte und die Preise wieder sanken, galt das Öl aus dem Bassin als unrentabel. Knapp zwei Jahrzehnte später ließ man das Programm auslaufen - mit dem 1998 veröffentlichten Resümee, dass Biodiesel "selbst mit den aggressivsten Annahmen zur biologischen Produktivität" das Doppelte des damaligen Spritpreises kosten würde. Heute sehen die Prognosen ganz anders aus: Das Erdöl ist knapp und viel teurer, der Energiebedarf steigt weiter - die Zeit scheint reif. Vor wenigen Wochen diagnostizierte Nature einen Goldrausch in der Algenforschung, besonders in den Vereinigten Staaten, wo man aus Wassertanks jetzt wieder Öl schöpfen will.

Biokraftstoffe sind CO2-neutral

Dort zählte die Zeitschrift Biofuels Digest schon 2008 mehr als 50 Start-up-Unternehmen, die sich dem Algensprit widmen. Auch Gentechnik-Pionier Craig Venter gehört zu den Gründervätern in diesem Gebiet, und seine Firma Synthetic Genomics darf sich nun über hohe Investitionen eines neuen Partners freuen: So kündigte der Ölkonzern Exxon Mobil im Juli an, ihre gemeinsame Entwicklung von Biodiesel mit 600 Millionen Dollar zu fördern. BP verfolgt ähnliche Strategien, aber auch Bill Gates und die Rockefeller-Familie glauben an das grüne Gold und investieren. Ganz im Sinne des Energieministeriums, das im Sommer eine "National Algal Biofuel Technology Roadmap" herausgegeben hat und die Förderung empfiehlt.

Seit dem Bericht des Weltklimarates IPCC 2007 sind zudem Energiequellen, die möglichst wenig Kohlendioxid in die Atmosphäre freisetzen, ins Interesse von Politik und Wirtschaft gerückt. Biokraftstoffe aus Pflanzenmasse gelten als Alternative zu den fossilen Brennstoffen: Sie sind, laut Yusuf Chisti, CO2-neutral. Wie die Algenzucht der Zukunft aussehen soll, weiß Chisti längst. Das Öl will der Biotechnologe in Komplexen aus Algenfarm und CO2-emittierender Fabrik, etwa ein Kohlenkraftwerk, produzieren, die weltweit überall stehen können.

Das Kohlendioxid der Abgase wäre gratis, die nötigen Nährstoffe ließen sich ebenfalls kostengünstig aus Abwasser beziehen, schlägt Chisti vor. Geerntet wird, wenn die Algen dicht konzentriert gewachsen sind. Aus der getrockneten Biomasse presst man die Speicherfette, der Trester wird später zu Tierfutter verarbeitet oder dient in Biogasanlagen zur Stromgewinnung. Das dabei entstehende CO2 führt man der Algenzucht zu, so entsteht ein Kreislauf, der Rohstoffe optimal einsetzt - und technisch wäre dieses Modell umsetzbar, sagt Chisti. In Deutschland existieren entsprechende Pilotanlangen, die testen, ob man Algen tatsächlich mit Abgasen füttern kann, denn sie enthalten nicht nur CO2.

Kombinierte Produkte

"Wir sollten nicht warten, bis die Ölpreise auf 200 Dollar pro Barrel gestiegen sind", fordert auch Peter van den Dorpel und propagiert ein System, das gleich mehrere Märkte bedient. Viele Kunden seiner Firma Algae Link nutzen die Bioreaktoren nicht nur zur Ölgewinnung, sondern produzieren Futter für Fischfarmen und Nahrungsergänzungsmittel. Noch ist die Herstellung von Biodiesel aus Algen zu teuer: Ein Kilogramm Biomasse herzustellen kostet etwa zwei Euro - das Vierfache eines rentablen Preises. Dagegen seien Algenprodukte zum Beispiel für Hautcremes, laut van den Dorpel, mehrere hundert Euro pro Kilogramm wert. Sie könnten die Biodieselproduktion finanziell absichern, wenn denn alles wirklich so gut klappt wie beim Reaktorhersteller in Roosendaal. Das System laufe seit einem Jahr und "absolut stabil", es wurde "nicht einmal für eine Stunde aus biologischen Gründen abgeschaltet".

Eignen sich solche Anlagen für die Massenproduktion auf Dauer? Maria Stockenreiter hegt da noch Zweifel. Die Biologin am Institut für aquatische Ökologie der Ludwig Maximilians Universität in München warnt vor verfrühter Euphorie: "Algen sind Lebewesen. Es sind keine Maschinen, in die man oben Licht, CO2 und ein paar Nährstoffe hineingibt, und dann kommt Fett heraus." Zuerst bedarf es mehr Grundlagenforschung über die Biodiesellieferanten, um zum Beispiel herauszufinden, wie diese Organismen auf Licht- oder Nährstoffmangel reagieren und sich daran anpassen. Im Gegensatz zu Tomaten, mit denen die Landwirtschaft schon seit Jahrhunderten Erfahrung sammeln konnte, wisse man über Mikroalgen recht wenig.

Cocktail verschiedener Algenarten

Zwar sei es durchaus möglich, Algen in einem Bioreaktor zu züchten, aber: "Sobald ein Bakterium oder gar eine fremde Alge hineingelangt, kann das System vollkommen instabil werden", sagt Stockenreiter, die mit ihren Institutskollegen nach Möglichkeiten sucht, um ein biologisches Gleichgewicht in den Reaktoren aufrechtzuerhalten. Vielleicht mit Hilfe von Mischkulturen: "Sie nutzen die vorhandenen Nährstoffe besser aus und lassen daher einem Eindringling weniger Möglichkeiten, sich zu etablieren."

Ein Cocktail aus verschiedenen Arten sei vermutlich stabiler als die bisher üblichen Monokulturen und steigere eventuell die Biodieselausbeute. Die lässt sich auch durch wohldosierten Stress steigern, wie Stockenreiter und ihre Kollegen entdeckten: Bei Stickstoffmangel produzieren die Algen mehr Fett, besonders die Süß- und Brackwasserart Botryococcus braunii zeigte dafür Talent. Ihre nahen Verwandten waren es auch, die einst auf den Meeresgrund sanken und im Lauf der Jahrmillionen unsere Öllager füllten. Das könnte bald viel schneller gehen, bei 23 Grad Celsius im lichtdurchfluteten Reaktorsystem.