https://www.faz.net/-gwz-8jitb
© dpa

Warten auf die Algenblüte

Von RICHARD FRIEBE, Fotos von JOSH WESTRICH

21.07.2016 · Kann man mit Algen die Welt retten? Zumindest ein bisschen, sagen die Experten. Sie wollen ihnen Kerosin und andere nützliche Stoffe entlocken.

Biotreibstoff hat keinen guten Ruf mehr. Auf Borneo bedrohen Palmölplantagen die Orang-Utans, in Südamerika dringt der Anbau von Nutzpflanzen, die ihrerseits vom Zuckerrohr verdrängt werden, bis ins Amazonas-Gebiet vor. Und in Deutschland findet sich kaum mehr ein blühender Ackerrandstreifen, weil jeder Quadratmeter mit Mais bepflanzt ist. Der Widerstand gegen den Vormarsch der Energiepflanzen wächst. Aber manche sagen, dass die Ära des Biotreibstoffs erst noch bevorsteht. Der allerdings käme dann nicht mehr aus Mais, Zuckerrohr und Ölpalme, sondern aus Nannochloropsis, Botryococcus, Ankistrodesmus oder Chlorella.

Den Gattungsnamen Chlorella kennt man vielleicht, auch wenn man kein Phykologe, also Algenkundler, ist. Pillen mit Chlorella-Extrakt sind ein verbreitetes Nahrungsergänzungsmittel. Es soll gegen alles Mögliche helfen, von chronischer Darmentzündung bis zur Dioxinbelastung in Muttermilch (siehe „Nicht nur gesund“). Doch wenn man Leuten wie Dominik Behrendt glaubt, gehört Chlorella in den Tank. Behrendt hat am Forschungszentrum Jülich beides – jede Menge Chlorella und auch ein paar Tanks. In denen wachsen die Algen in großen Massen, sammeln Sonnenenergie und setzen diese zu energiereichen Speicherstoffen um. Das tun sie deutlich effektiver als Mais oder Palme. Anders als Bäume oder Gräser müssen sie sich als mikroskopisch kleine Einzeller wenig um Stabilität kümmern. Landpflanzen bilden zu diesem Zweck Moleküle wie Zellulose und Lignin. Das kostet Energie und stört außerdem bei der Verarbeitung zu Kraftstoff.

Die Rotalge Callophyllis laciniata wird gerade mal 15 Zentimeter groß und findet sich von den Faröer-Inseln bis hinunter nach Marokko. Inhaltsstoffe der Rotalge Sphaerococcus coronopifolius wurden im Labor erfolgreich auf antibakterielle Wirkung untersucht.

Wenn Algen genügend Nährstoffe, Wasser und Licht zur Verfügung haben, wachsen sie einfach nur, speichern energiereiche Vorratsstoffe und teilen sich. Mehr als fünfhundertmal mehr Energie pro Flächeneinheit und Jahr als Mais können sie nach manchen Berechnungen liefern. Behrendt findet das zwar sehr optimistisch, aber „grundsätzlich“ seien Algen schon überlegen. Als gesichert gilt zumindest, dass sie bei gleichem Input von Sonnenenergie und Nährstoffen im Durchschnitt etwa fünfmal mehr nutzbare Biomasse liefern als Landpflanzen.

Energiemais und -raps wachsen fast überall auf großen Feldern. Algenteiche oder -tanks dagegen sucht man vergeblich in der Landwirtschaft. Das hat einen simplen Grund: Bauern züchten seit Jahrtausenden die meisten der Pflanzen, die heute als „Energy Crops“ angebaut werden. Sie kennen die Sorten, wissen, wie man sie pflanzt, erntet und verarbeitet. Die erwähnten energieraubenden Stützstrukturen sind dabei sogar hilfreich. Und Köche, Bäcker und Lebensmitteltechniker wissen auch, was in Blättern, Früchten und Wurzeln drin ist und wofür es sich nutzen lässt.

Bei Algen sieht es anders aus. Zwar werden mehrzellige Arten, etwa verschiedene Arten von Seetang, seit Jahrhunderten genutzt (siehe „Mehr als Sushi“). Sie dienten und dienen als Nahrung und Dünger, ihre alkalische Asche, reich an Natriumkarbonat, wurde auch für die Glasherstellung genutzt. Aber Mikroalgen, also Einzeller, wurden für die biotechnologische Nutzung erst vor relativ kurzer Zeit entdeckt. Es war der amerikanische Präsident Jimmy Carter, der infolge der Ölkrise der siebziger Jahre das erste Forschungsprogramm zu Algen als Energieträger anschob, das „Aquatic Species Program“. Das war 1978.

Extrakte aus der Braunalge Dictyopteris membranacea zeigten in Zellkulturen entzündungs- und krebshemmende Wirkung.

Erst durch diese Initiative bekamen Wissenschaftler und Biotechnologen einen ersten Eindruck, welche Algenarten und -stämme unter welchen Bedingungen etwa jene Fette produzieren, die zu Biodiesel weiterverarbeitet werden können. Absurderweise ist ein großer Teil des Grundstocks, der in dem 1996 beendeten Programm gelegt wurde, inzwischen schon wieder verloren. An der University of Hawaii etwa fehlte das Geld, um die große Sammlung von Algenstämmen weiter zu kultivieren. Und von den 51 aus mehr als 3000 Spezies aufwendig identifizierten Arten mit hohem Biotreibstoff-Potential, die bis zur Jahrtausendwende im National Renewable Energy Laboratory in Golden in Colorado dauerkultiviert worden waren, waren bis Anfang dieses Jahrzehnts nur noch die Hälfte vorrätig. Auch in Deutschland erlebte die Algenforschung nicht gerade eine Blüte. Manche Phykologen sprechen deshalb von einem verlorenen Jahrzehnt oder gar einer verlorenen Generation. Die wichtigen Fragen sind nach wie vor unbeantwortet. Zu denen gehört nicht zuletzt die nach der Wirtschaftlichkeit. Sie ist unter anderem abhängig vom derzeit nicht unbedingt nach Alternativen schreienden Ölpreis.

Und damit sind die wissenschaftlichen Unklarheiten noch nicht einmal berührt: Sollen es Süßwasser- oder Salzwasser-Algen sein? Welche Stämme eignen sich am besten? Wo findet man diese am ehesten? Wie baut man sie effektiv, wirtschaftlich, nachhaltig, robust an? Was will man überhaupt produzieren - Diesel, Ethanol? Oder Medizin-Moleküle, Nahrungsergänzungsproteine, Substanzen für die Spezialchemie? Und wie bringt man die Algen dazu, genau diese Stoffe in großen Mengen zu produzieren? Wie bekommt man das alles dann am besten aus dem Wasser und aus den Algen heraus? Welche Kompromisse muss man eingehen? Produziert man teuer, aber mit hoher Ausbeute in Bioreaktoren? Oder extensiv und kostengünstiger in offenen Teichen, abhängig vom Wetter und bedroht durch Invasionen von Problem-Algen?

Schirmalgen der Gattung Acetabularia bestehen aus einer einzigen Zelle. Sie lagern Kalk ein und tragen zur Bildung von Riffen bei.

Oder, noch fundamentaler: Wie viele Algenarten gibt es überhaupt? Auch das, sagt Lothar Krienitz, weiß niemand. Wenn man ihn nach der immer wieder genannten Zahl von 150 000 fragt, kann der Algensystematiker am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei am Stechlinsee nur den Kopf schütteln. „Und so manches, was zu bestimmten Arten geschrieben wird, ist oberflächlich“, so Krienitz, „in einer Vielzahl von Fachartikeln, in denen es zum Beispiel um Massenkulturen von Chlorella geht, handelt es sich um Vertreter anderer Gattungen kugelförmiger Algen“, sagt er (siehe „Nicht nur gesund“).

Derzeit beginnt die Suche nach der Superalge jedenfalls wieder von vorne. Auch in Jülich, wo Dominik Behrendt sich mit seinen Mitarbeitern auf Süßwasseralgen wie eben Chlorella fokussiert. Er tut dies vor allem mit dem Ziel, im deutschen Binnenland irgendwann Algen als Kerosinlieferanten zu etablieren. Dafür nutzbare Flächen könnten „vielleicht Industriebrachen sein, von denen es hier im Westen Deutschlands ja sehr viele gibt“.

In Ottobrunn bei München hat dagegen vor ein paar Monaten eine Anlage ihre Arbeit aufgenommen, in der Salzwasseralgen untersucht werden. Auch hier ist Algen-Kerosin das wichtigste Ziel. Der große Vorteil solcher „halophilen“ Arten, die das Team unter anderem in Salzseen auf den Bahamas oder in Südaustralien eingesammelt hat, ist, dass sie wenig Konkurrenz haben. Die Gefahr ist also gering, dass andere Algen sie in offenen Teichen einfach überwuchern. Der Leiter des Ottobrunner Algentechnikums, Thomas Brück, Professor an der Technischen Universität München, nennt noch einen weiteren hilfreichen Aspekt: Arten, die er für geeignet hält, tolerieren Salzgehalte von drei bis neun Prozent. Auch das gilt für die Praxis als wichtig, weil in einer Produktionsanlage in der Tageshitze viel Wasser verdunstet und deshalb der Salzgehalt steigt.

Die Rotalge Palmaria palmata wird in Irland traditionell getrocknet und als Snack verzehrt. Auf Island streicht man noch Butter drauf. Saccarina latissima, der Zuckertang. Prinzipiell essbar. Bis zu vier Meter lang. Kommt unter anderem bei Helgoland vor.

Immerhin hat es schon für einen „Weltrekord“, wie Brück es nennt, gereicht: Ein aus dem Greifswalder Bodden isolierter Stamm der Gattung Scenedesmus erbrachte die größte bisher je gemessene Biomasseausbeute: „Wir haben sechzig Gramm Trockenmasse pro Liter bekommen, das ist ein sehr gutes Ergebnis“, sagt Brück. Die bisherige Bestmarke hatte bei 43 Gramm gelegen. Sein Algentechnikum ist auch die einzige Anlage weltweit, in der Klima-, Strahlungs- und Wasserbedingungen praktisch jeden Ortes des Planeten simuliert werden können. Bisher hätte man dafür Versuchsanlagen in der Negev-Wüste, in Andalusien, im bolivianischen Hochland oder wo auch immer bauen müssen.

Ob es wirtschaftlicher ist, sich voll auf die Treibstoffproduktion zu konzentrieren oder zu versuchen, gleichzeitig auch noch andere Inhaltsstoffe der Algen zu nutzen, darüber streiten die Fachleute. In vielen Publikationen der jüngsten Zeit wird für Mehrfachnutzung plädiert: Fettstoffe ernten für den Biodiesel, Omega-3-Säuren und Proteine für Nahrungsmittel, Alginsäure und Carrageen als Gelier- und Verdickungsmittel für verschiedenste industrielle Anwendungen, alles aus demselben Tank oder Bioreaktor. Während Behrendt in Jülich dem zustimmt, gibt Brück diesen Ansätzen wenig Chancen: „Die Hoffnung ist, mit hochwertigen und hochpreisigen Substanzen signifikant Einnahmen zu erzielen. Aber wir sprechen hier ja über Produktionsvolumina, die den Markt für derartige Produkte komplett zerstören könnten. Diese Substanzen wären dann kaum mehr etwas wert.“

So oder so geht es erst einmal darum, dass die Algen ihre Wertstoffe überhaupt herstellen. Und dass man sie dann auch gewinnen kann. Triglyceride, also jene Fettstoffe, die sich zu Diesel weiterverarbeiten lassen, produzieren die meisten nur dann in ausreichender Menge, wenn man ihnen Nährstoffe, vor allem Stickstoff, wegnimmt. Man muss also zyklisch produzieren: sie wachsen lassen, unter Nährstoff-Stress setzen, ernten, extrahieren, anschließend wieder wachsen lassen. Günstiger wäre es natürlich, Stämme zu nutzen, die kontinuierlich Fette produzieren, und sie am besten auch noch freiwillig hergeben, ohne aufwendige Extraktionsverfahren.

Der Rinnentang Pelvetia canaliculata wird unter dem Namen „Seagreens“ als Nahrungsergänzungsmittel angeboten.

Manche Algen eignen sich durchaus für solches „Milking“. Der Ölfilm, der auf Seen oft deutlich in allen Farben schimmert, muss nicht unbedingt Sonnencreme der Badegäste sein. „Der stammt sehr oft von Botryococcus braunii“, sagt Carola Griehl, Algenbiotechnologie-Professorin an der Hochschule Anhalt in Köthen. Diese Süßwasserart gilt als einer der besten Produzenten von Biodieselgrundstoffen überhaupt. Sie wächst aber normalerweise sehr langsam. Griehl allerdings sagt, sie habe 15 Stämme dieser Spezies, und manche davon wüchsen durchaus gut. Bei ihr tun Botryococcus und andere Algen das in Bioreaktoren, die wie spiralig gewickelte drei Meter hohe Weihnachtsbäume aussehen. In ihnen wird die Lichtausbeute optimiert und die Temperatur konstant gehalten. Und auch Griehl vermeldet einen Weltrekord: „Wir haben bei natürlichem Licht eine Kultur über zwei Jahre aufrechterhalten, Sommer wie Winter, inklusive regelmäßiger Algenernte. Das hat zuvor niemand geschafft.“

Unter gewissen Umständen produzieren Algen auch Wasserstoff. Das tun sie mit Hilfe eines Enzyms namens Hydrogenase und unter Sauerstoffabschluss. Extrem unpraktisch allerdings sei das, sagt Julian Esselborn, der an der Universität Bochum versucht, diese Art Photobiotechnologie voranzubringen. Denn das Enzym funktioniert wirklich nur, wenn gar kein Sauerstoff da ist. Doch um Wasserstoff per „Milking“ entnehmen zu können, müsste man die Hydrogenase so verändern, dass sie diesen auch in Anwesenheit von Sauerstoff produziert. Esselborn glaubt, dieses Ziel innerhalb von fünf Jahren unter anderem durch gentechnische Eingriffe erreichen zu können. „Aber ob das dann auch bedeutet, dass man in absehbarer Zeit wirtschaftlich sinnvoll Energie produzieren kann, ist völlig unklar“, fügt er hinzu.

Taucher benutzen die Gemeine Gabelzunge Dictyota dichotoma zum Abreiben ihrer Brille. Das soll das Beschlagen der Gläser verhindern.

Diese Unsicherheit teilen sich alle, die gegenwärtig an Bioenergie aus Algen forschen. Die derzeit einzige einigermaßen wirtschaftliche Methode ist es, Algen schlicht in einer nahen Biogasanlage zu fermentieren. Dafür muss man sie noch nicht einmal trocknen. Extrahieren und Zentrifugieren fällt auch weg. Und was übrig bleibt, ist Kompost.

Die abgebildeten Algen stammen aus dem privaten Herbar des Algenspezialisten Karl-Heinz Linne von Berg.

Inhalte werden geladen.

Quelle: F.A.Z.

Veröffentlicht: 21.07.2016 16:10 Uhr