Von Maja Berden Zrimec; das abgebildete Bild stammt von Algen.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf Englisch veröffentlicht und automatisch mit KI-Software übersetzt.
Die Verwendung von Abfallströmen in der Biomasseproduktion kann ein geschlossenes Kreislaufsystem schaffen, das Abfall und Verschmutzung minimiert. Eine der attraktivsten Möglichkeiten für mehrere Branchen ist die Verwendung von Algen, die in verschiedenen Abwässern wachsen und zu einer Quelle für zusätzliche Arbeitsplätze und Einkommen werden können. Die Abwasserbehandlung mit Algen ist ein wichtiger Schritt zur Rückgewinnung wertvoller Ressourcen wie Nährstoffe und Energie, die zur Herstellung verschiedener Produkte verwendet werden können. Durch den Einsatz von Algen in der Abwasserreinigung kann die energieaufwändige technische Sauerstoffanreicherung durch Sauerstoff aus Algen ersetzt werden. Der Sauerstoff wird für den bakteriellen Abbau verwendet, während die Algen die dabei entstehenden Nährstoffe und den organischen Kohlenstoff für die Biomasseproduktion nutzen.
Biogasanlagen können die Algentechnologie auch zur Behandlung der flüssigen Phase von anaeroben Gärresten einsetzen. Flüssige Gärreste werden häufig als Abwasser behandelt, obwohl sie eine reiche Nährstoffquelle für die Landwirtschaft darstellen. Der Einsatz von Algen in Biogasanlagen kann die flüssige Phase anaerober Gärreste zu Biomasse stabilisieren und so die Kosten für Lagerung und Transportlogistik sowie die Treibhausgasemissionen senken. Die Nährstoffe aus den Gärresten können zurückgewonnen und vor Ort verwertet werden, was diesen Ansatz zu einem innovativen Weg macht, um die Qualität der flüssigen Fraktion der Gärreste zu verbessern, überschüssige Wärme zu nutzen und Gerüche zu reduzieren.
Makroalgenbiomasse mit zurückgewonnenen Abwassernährstoffen kann durch Kompostierung oder Pyrolyse für die landwirtschaftliche Nutzung stabilisiert werden. Die Kompostierung nutzt Makroalgen, die in stark belastetem Abwasser gezüchtet wurden, als ideale Stickstoffquelle, während landwirtschaftliche Ernterückstände als Kohlenstoffquelle genutzt werden können. Durch langsame Pyrolyse wird die Biomasse in Biokohle umgewandelt. Aus Makroalgenbiomasse hergestellte Biokohle verbessert die Rückhaltung von Nährstoffen aus Düngemitteln in Böden mit schlechter Qualität und fördert das Pflanzenwachstum und die Nährstoffaufnahme. Biokohle kann auch die Kationenaustauschkapazität erhöhen und labile Nährstoffe und Spurenelemente aus dem Wasser binden.
In der Landwirtschaft kann Biokohle aus Meeresalgen zur Bindung von Kohlenstoff im Boden, zur Bodenverbesserung, zur Sanierung geschädigter Böden und zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit eingesetzt werden. Sie kann auch als Quelle für Bioenergie und bei der Behandlung von kontaminierten Abwässern eingesetzt werden. Die große Oberfläche von Biokohle wirkt sich auch positiv auf die Bodenmikrobiota aus, da sie Platz für ihre Stabilisierung und ihr Wachstum bietet, wodurch sich ihr Vorkommen erhöht und die Art der bevorzugten Mikroorganismen verändert.
Bioraffinerien für spezifische Produkte
Ein Bioraffinerie-Ansatz kann die Nachhaltigkeit der Mikroalgenproduktion verbessern, indem die Biomasse effizienter genutzt und Abfälle vermieden werden. EU-Horizon-Projekte wie SABANA, Water2Return und Saltgae haben groß angelegte mikroalgenbasierte Bioraffineriekonzepte demonstriert, um hochwertige und geringwertige Produkte zu produzieren, Nährstoffe aus Abfallströmen zurückzugewinnen und Abfall zu vermeiden. Algenbiomasse enthält essentielle Aminosäuren, essentielle Fettsäuren, Vitamine und andere nützliche Verbindungen, was sie zu einer idealen Quelle für verschiedene Produkte wie Biokraftstoffe, Biokunststoffe, Kosmetika, Biostimulanzien, Biopestizide, Zusatzstoffe für Aquafutter und vieles mehr macht.
Die Verwendung von Mikroalgen-Biomasse, die in Abfallströmen kultiviert wird, für die Erzeugung von Wasserstoff, Bioethanol und Biosorbentien bietet ebenfalls ein vielversprechendes Potenzial. Die Biowasserstoffproduktion kann durch den Prozess der Dunkelfermentation erfolgen, bei dem anaerobe Mikroorganismen Biomasse in Wasserstoff und CO2 umwandeln. Algenbiomasse enthält auch große Mengen an Kohlenhydraten, was sie zu einem hervorragenden Ausgangsmaterial für die Bioethanolproduktion macht. Darüber hinaus kann Algenbiomasse als Biosorptionsmittel für Metallionen in Industrieabwässern (z. B. in der Textilindustrie) und später als Düngemittel für den Boden verwendet werden, was zum Nährstoffgehalt des Bodens beiträgt.
Das Bioraffineriemodell befindet sich zwar noch im Anfangsstadium der Entwicklung, doch bietet die Verwendung von Algenbiomasse eine potenzielle Lösung für die Herausforderungen der Nachhaltigkeit und liefert gleichzeitig wertvolle Produkte. Die Algenzucht ist nicht nur umweltfreundlich, sondern auch kosteneffizient, was sie zu einem vielversprechenden Ansatz für zukünftige Nachhaltigkeitsinitiativen macht.
Integration von Algen in bestehende technologische Systeme
Algensysteme bieten attraktive Möglichkeiten für mehrere Branchen, da sie in den meisten Abwässern, die nicht toxisch sind, wachsen können. Die Systeme können nahtlos in die bestehende Technologie als Nebenströme eingefügt werden, so dass keine Änderungen an der aktuellen Installation erforderlich sind, sei es im Abwasserbehandlungssystem in der Kläranlage oder in den industriellen Technologiesystemen. Ein zusätzlicher Algenrinnenteich kann die sekundäre und tertiäre Abwasserbehandlung ergänzen oder sogar ersetzen und die Produktion von unerwünschtem Schlamm (der in vielen Ländern nicht landwirtschaftlich genutzt werden darf) erheblich reduzieren.
Sie können als Nebenströme in das bestehende technologische System integriert werden (ohne größere Umstrukturierungen), was sie für die industriellen Betreiber interessant macht. Im Falle von Biogasanlagen können sie vor Ort installiert werden, um die Gärreste zu behandeln und Nährstoffe zu recyceln, was die Lager- und Transportkosten sowie den ökologischen Fußabdruck erheblich senkt. Darüber hinaus kann ihre Produktion eine Quelle für zusätzliche Arbeitsplätze und Einkommen sein.
Geschäftsmodelle mit in Abwasser oder Gärresten gezüchteten Algen
Um das Potenzial von Algen, die in Abwässern oder anaeroben Gärresten gezüchtet werden, voll auszuschöpfen, werden innovative Geschäftsmodelle benötigt, die den Wert dieser Produkte erfassen können. Hier sind einige mögliche Geschäftsmodelle:
- Algenproduktion und -verarbeitung für bestimmte Branchen: Unternehmen können sich auf die Produktion von Algen für bestimmte Branchen, wie Aquakultur oder Biokraftstoffe, konzentrieren. Indem sie ihre Produktions- und Verarbeitungsmethoden für diese spezifischen Märkte optimieren, können sie hochwertige Produkte herstellen, die den Bedürfnissen dieser Branchen entsprechen.
- Integrierte Systeme für die Abwasserbehandlung und Ressourcenrückgewinnung: Unternehmen können integrierte Systeme entwickeln, die Algen zur Abwasserbehandlung und zur Rückgewinnung wertvoller Ressourcen wie Nährstoffe und Biokraftstoffe einsetzen. Durch das Angebot einer Komplettlösung für die Abwasserbehandlung und Ressourcenrückgewinnung können diese Unternehmen Kommunen, Industrieanlagen und landwirtschaftlichen Betrieben einen Mehrwert bieten.
- Partnerschaften für die Kreislaufwirtschaft: Unternehmen können sich mit anderen Unternehmen und Organisationen zusammenschließen, um Partnerschaften für die Kreislaufwirtschaft aufzubauen, die den Wert von Algen und Abwasser nutzen. Zum Beispiel könnte ein lebensmittelverarbeitendes Unternehmen eine Partnerschaft mit einer Abwasseraufbereitungsanlage eingehen, um die im Aufbereitungsprozess produzierten Algen als Tierfutter zu verwenden.
- Kohlenstoffgutschriften und Kompensationen: Unternehmen, die Algen zur Kohlenstoffbindung oder zur Produktion von Biokraftstoffen einsetzen, können Kohlenstoffgutschriften oder -kompensationen erzeugen, die auf Kohlenstoffmärkten verkauft werden können. Dies kann eine neue Einnahmequelle für Unternehmen darstellen und Anreize für die Entwicklung nachhaltiger Praktiken schaffen.
- Direkt an den Verbraucher verkaufte Produkte: Unternehmen können Produkte entwickeln, die direkt an den Verbraucher geliefert werden, wie z. B. Düngemittel oder Biostimulanzien, bei denen Algen verwendet werden, die in Abwässern oder anaeroben Gärresten gezüchtet werden. Dies kann eine Möglichkeit sein, den Wert dieser Produkte zu nutzen, ohne sich auf die traditionellen Lieferketten zu verlassen.
Insgesamt sind innovative Geschäftsmodelle erforderlich, um den potenziellen Wert von Algen, die in Abwässern oder anaeroben Gärresten wachsen, vollständig zu nutzen. Durch die Konzentration auf bestimmte Branchen, die Entwicklung integrierter Systeme, Partnerschaften mit anderen Unternehmen, die Generierung von Kohlenstoffgutschriften oder die Entwicklung von Produkten, die direkt an den Verbraucher geliefert werden, können Unternehmen nachhaltige und rentable Geschäfte aufbauen, die zu einer Kreislauf-Bioökonomie beitragen.
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Wir bedanken uns bei den Kollegen von Algen, algal technology centre, llc für die Weitergabe ihres Wissens und ihrer Erfahrungen aus ihren Projekten: Cronus, BioRural, Water2Return, LIFE AlgaeCan, Saltgae und AlgaeBioGas.
