Forschungsprojekt: Energieträger Wasserstoff aus Mikroalgen

In der Pflanzenforschung ist es nicht mehr "en vogue", Algen als "Wunderpflanzen der regenerativen Energiequellen" zu definieren. Forscher denken um und entdecken das Potential der Wasserstofferzeugung durch Grünalgen.

Gemeinsam mit acht Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft hat das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) kürzlich mit einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt zur Entwicklung preisgünstiger und hocheffizienter Verfahren für die industrielle Gewinnung von Wasserstoff aus Mikroalgen begonnen. 

Aus Wasser gewonnener Wasserstoff (H2) gilt als erfolgsversprechender Energieträger der Zukunft. Voraussetzung für seinen künftigen effektiven Einsatz im Rahmen verschiedener weiterer Energieträger ist jedoch die Entwicklung nachhaltiger Produktionsverfahren. Besonders vielversprechend scheinen hier bestimmte einzellige Grünalgen und Cyanobakterien zu sein, die aus Wasser und Sonnenlicht Wasserstoff herstellen können. Das aktuelle Gemeinschafts-Projekt „Wasserstoff aus Mikroalgen: mit Zell- und Reaktordesign zur wirtschaftlichen Produktion („HydroMicPro“)“ hat daher zum Ziel, die Investitionskosten für die Kultivierung von Algen auf etwa 25 Euro pro Quadratmeter Bodenfläche zu reduzieren. Um diese Vorgabe zu erreichen, soll ein Bioreaktortyp entwickelt werden, der eine wirtschaftliche Massenproduktion aus Mikroalgen erlaubt. Koordinator des Projektes ist Professor Clemens Posten vom Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik des KIT. 

Die Aufgabe der Mikroalgen-Arbeitsgruppe des KITs wird es sein, in zwei Schritten einen optisch strukturierten Photobioreaktor zu entwickeln. Im ersten Schritt steht eine hohe Biomasseproduktion im Mittelpunkt, wie sie auch für andere Wertstoffe aus Algen benötigt wird. Im zweiten Schritt soll dann das System für die Wasserstoffproduktion optimiert werden.

Weitere Partner bearbeiten andere unverzichtbare Details der Gesamtaufgabe: So wird die Universität Bielefeld Algen für die Biomasse- und H2-Produktion identifizieren und biotechnologisch optimieren. Das Potsdamer Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie bearbeitet die Regulation und Kontrolle der zellinternen Sauerstoffkonzentration und entwickelt dafür einen Sensor. Auch eine Arbeitsgruppe der Universität Potsdam ist als wissenschaftlicher Partner im Projekt für die Etablierung einer Messmethode zur Bestimmung der zellinternen Sauerstoffkonzentration verantwortlich. Aus dem privatwirtschaftlichen Bereich werden die Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH aus Wendelsheim das Anlagenkonzept der Produktionsanlage erarbeiten und die IGV GmbH, Nuthetal das neue Verfahren unter praxisnahen Bedingungen validieren. Die OHB-System AG aus Bremen wird das Bioreaktorsystem schließlich zur Wasserstoffproduktion an energietransformierende Systeme anbinden. Ferner evaluiert die OHB-System AG die Anpassung an weitere Raumfahrtanwendungen.

Das Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse des KIT liefert eine Bewertung der potenziellen Beiträge der HydroMicPro-Technologie zu einer nachhaltigen Wasserstoffversorgung zu. Auf Basis dieser Ergebnisse lassen sich Verfahren zur Wasserstofferzeugung mit Mikroalgen verbessern und geeignete Anwendungsfelder im Energiesystem identifizieren.

In späteren Entwicklungsstufen wird es um die Automatisierung der Anlage, die Lebensdauer oder auch die Massenfertigung von Materialien wie beispielsweise Mikrostrukturierung von Membranen und Beschichtung von transparenten Materialien gehen.