Forschung und Entwicklung: Protein aus Mikroalgen und die globale Biomassebilanz
Es war die Hoffnung auf ein hochwertiges pflanzliches Protein aus einer Quelle, die Ressourcen schont und weniger Treibhausgase ausstößt, die vor einigen Jahren einen regelrechten Mikroalgen-Boom auslöste.
Es war die Hoffnung auf ein hochwertiges pflanzliches Protein aus einer Quelle, die Ressourcen schont und weniger Treibhausgase ausstößt, die vor einigen Jahren einen regelrechten Mikroalgen-Boom auslöste. Ob sie gerechtfertigt ist, prüfen derzeit Wissenschaftler der Universität Hohenheim und vergleichen die Biomassebilanz der Mikroalgen-Produktion mit der von tierischem und anderem pflanzlichen Eiweiß. Mittels Computersimulation spielen sie verschiedene Szenarien durch. Ebenfalls im Fokus der Forscher: Die Frage, ob die Verbraucher Mikroalgen-Produkte überhaupt kaufen würden und welche Markteffekte das hätte. Ausführliche Ergebnisse der Studie im Forschungsprogramm Bioökonomie Baden-Württemberg erwarten die Wissenschaftler im Laufe des nächsten Jahres.
Protein aus Mikroalgen
Sie heißen Chlorella oder Arthrospira und produzieren etwas sehr Wertvolles: Protein aus Mikroalgen, und das ist obendrein hochwertiger als die meisten tierischen Proteine. Von den rund 300.000 Algenarten weltweit sind rund 20 im kommerziellen Einsatz. „Algen nutzen das Sonnenlicht effektiver als Landpflanzen und wachsen schneller“, erklärt Sebastian Weickert, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Agrar- und Ernährungspolitik an der Universität Hohenheim. „Daher eignen sie sich gut als alternative Proteinquelle für Lebens- und Futtermittel.“ Die Frage ist, ob es tatsächlich Ressourcen freisetzt, also z. B. weniger Agrarfläche beansprucht, und den Ausstoß von Treibhausgasen reduziert, wenn man tierisches Eiweiß durch Protein aus Mikroalgen ersetzt. Die Forscher wollen das nun auf globaler Ebene durchrechnen – mit Hilfe von Computersimulationen.
Mikroalgen-Zucht im Licht effektiv
Die Zucht von Mikroalgen ist mit und ohne Licht möglich. Im Licht können die kleinen Einzeller ihren Zucker über die Fotosynthese selbst produzieren, ohne Licht muss man ihnen eine andere Kohlenstoff-Quelle anbieten, damit sie wachsen können. Beide Methoden haben Vor- und Nachteile.
„Die Produktion mit Licht ist vor allem in ökologischer Hinsicht von Vorteil“, erläutert Weickert. „Oft werden die Algen in großen Teichen, sogenannten Ponds, gezogen. Aber das Verfahren ist unwirtschaftlich und es besteht die Gefahr der Kontamination.“ Die Alternative seien geschlossene Reaktorsysteme, also Röhren-, Platten- und Sackreaktoren, doch „kommerzielle Produktionssysteme im industriellen Maßstab gibt es noch kaum.“
Mikroalgen-Zucht ohne Licht besser planbar
Zieht man die Algen ohne Licht im geschlossenen System an, hat man kein Kontaminationsproblem. Die Methoden sind besser kontrollierbar, skalierbar und unabhängig von der Jahreszeit. „Solche Systeme, etwa in einem Stahlfermenter, sind bereits für andere Einsatzgebiete etabliert, so dass schon Erfahrungen vorliegen. Deshalb kann man sie besser planen und die Kosten abschätzen“, berichtet Weickert. Der Nachteil: Der notwendige Zucker muss zuvor anderweitig produziert werden. „Das verbraucht Flächen und Dünger, wirkt sich also negativ auf die Gesamtbilanz aus.“
Bei dieser Bilanz behalten die Forscher Ökonomie und Ökologie im Blick. Mittels Computer-Simulation betrachten sie die heutige Situation und vergleichen sie mit möglichen Szenarien im Jahr 2030 und 2050. „Wir verändern dabei bestimmte Stellschrauben. Etwa das Material: Heute verwendet man vorwiegend Reaktoren aus Kunststoff, die leicht verunreinigen und schnell altern. Glas wäre robuster und besser zu reinigen, ist aber schwerer und teurer. Solche Möglichkeiten spielen wir durch.“
Konsumentenbefragung prüft Akzeptanz
Im Lebensmittelbereich haben Mikroalgen, die fotosynthetisch, also mit Licht, kultiviert wurden, jedoch einen Nachteil: Sie haben einen markanten Eigengeschmack, der nicht jedermanns Sache ist. Sie können nach Gras oder leicht fischig schmecken. „Unser Projekt fokussiert daher auf die aus den Zellen isolierten, reinen Proteine“, erklärt Weickert. „Sie wären gut in die Nahrungsmittelproduktion integrierbar, haben aber bis dato noch keine Zulassung in der EU.“
Was die Verbraucher von der Sache halten, wollen die Forscher gemeinsam mit der Universität Göttingen herausfinden. Dafür befragen sie 1.000 Haushalte, ob und in welcher Form sie sich vorstellen könnten, Algen zu konsumieren. Interviews mit Lebensmittelproduzenten sollen zudem ausloten, welche Produkte durch algen-basierte Nahrungsmittel ersetzt werden könnten.
„Da gäbe es viele Möglichkeiten, aber in Europa dürften Algen vor allem für Spezialprodukte interessant sein“, meint Weickert. „Auch als Pigmente, die mit gesundheitlich positiven Eigenschaften punkten, sind sie bereits für Lebensmittelhersteller wertvoll.“
Hintergrund: Forschungsverbund Mikroalgen, Forschungsprogramm Bioökonomie Baden-Württemberg
Im Forschungsverbund Mikroalgen fördert das Land Baden-Württemberg zehn Teilprojekte, die den Einsatz von Mikroalgen in der Ernährung und als Futtermittel erforschen. Außer der Universität Hohenheim sind an dem Forschungsverbund die Universitäten Freiburg, Tübingen und Stuttgart beteiligt sowie das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), das Max Rubner-Institut in Karlsruhe und das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Die Gesamtkoordination des Forschungsprogramms obliegt der Landesgeschäftsstelle, die an der Universität Hohenheim angesiedelt ist. Mehr Infos finden Sie hier.
Hintergrund: Bioökonomie – Leitthema der Universität Hohenheim
Die Bioökonomie ist das Leitthema der Universität Hohenheim und einer ihrer drei Forschungsschwerpunkte. Sie verbindet die agrarwissenschaftliche, die naturwissenschaftliche sowie die wirtschafts- und sozialwissenschaftliche Fakultät. Diese interdisziplinäre Thematik an der Universität Hohenheim zu koordinieren und umzusetzen ist Aufgabe des Forschungszentrums Bioökonomie. Ziel der Bioökonomie ist es die weltweite Ernährung zu sichern, die Agrarproduktion nachhaltig zu gestalten, gesunde und sichere Lebensmittel zu produzieren, nachhaltige Rohstoffe industriell zu nutzen sowie Energieträger auf der Basis von Biomasse auszubauen. Dabei genießt die Ernährungssicherung stets Vorrang vor anderen Nutzungen von Biomasse (Nationale Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030, BMBF). Die Bioökonomie greift ein zentrales Anliegen von Politik und Gesellschaft auf und berücksichtigt gleichermaßen ökologische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Belange. Zur Homepage.
