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Posts Tagged ‘Algenbiotechnologie’

Nachdem im 1. Teil des Interviews die aktuellen und zukünftigen Märkte im Fokus standen und im 2. Teil vor allem die energetische Nutzung diskutiert wurde, geht es im 3. Teil des Gesprächs mit Dr. Peter Ripplinger um den internationalen Kontext.  Und natürlich geht es um den Bundesalgenstammtisch, der in diesem Jahr sein 10. Jubiläum feiert.

Wie steht die deutsche Algenbiotechnologie im internationalen Vergleich da?

Gerade wir als Anlagenbauer nehmen natürlich war, dass „German Engineering“ international sehr anerkannt ist. Als Technologieanbieter steht Deutschland mit einer Reihe von Firmen recht gut da: Astaxa und bbi-biotech entwickelt die Rohrreaktoren weiter, Phytolutions und Novagreen vermarkten Reaktoren auf Folienbasis, wir bei Subitec bieten Flatpanelreaktoren an. Was Deutschland von den USA oder Südeuropa unterscheidet ist, dass wir im Land keine Anwendung für die Technologie im industriellen Maßstab haben. Die Entwicklung in den USA waren außerdem geprägt durch eine deutlich höhere Verfügbarkeit von Venture Capital: Die Volumina pro Runde betrugen zum Teil das Zehnfache von dem, was ein deutsches Unternehmen einwerben kann. Dazu kamen massive Förderprogramme im Bereich Biofuels.

Spanien, Portugal oder Frankreich haben mit Fisch- oder Austernzucht traditionelle Abnehmer für Algen. Dieser direkte Marktzugang erleichtert die  Weiterentwicklung und Anwendung. Deutschland hat dagegen nur den relativ kleinen Markt von Nahrungsergänzungsmitteln und Kosmetik.

Dazu kommt, dass aufgrund der klimatischen Verhältnisse in Deutschland die industrielle Produktion nur in eingeschränktem Maßstab denkbar ist. Wenn wir über Winter produzieren wollen, brauchen wir ein Gewächshaus mit Nutzung von Restwärme von Biogasanlagen oder ähnliches. Für hochpreisige Algenbiomasse mag das sinnvoll sein, aber bei Futtermitteln für die Aquakultur brauchen Sie hektargroße Anlagen und die werden in frostfreien Gebieten stehen, also rund ums Mittelmeer, vielleicht auch in Saudi-Arabien. Eine Zusammenarbeit mit anderen Ländern im Bereich der industriellen Massenproduktion, bei der sich Deutschland in der Rolle des Technologieanbieters bewegt, ist daher absolut notwendig. Interessante Nischen im Inland sind hochpreisige Produkte und geschlossene Aquakultur-Systeme, beispielsweise für die Shrimps- oder Edelfischzucht.

Wie ist es um die Forschungsförderung bestellt?

Grundsätzlich müsste die Algenbiotechnologie in Deutschland stärker gefördert werden. Vor einigen Jahren gab es mehrere Förderinitiativen durch die FNR, DBU und staatliche Förderprogramme , aber mir sind derzeit keine Folgeprojekte in dieser Richtung bekannt. Als KMU haben wir deshalb keine Möglichkeit, uns mit nationalen Fördermitteln weiter zu entwickeln. Auf EU-Ebene gibt es einige Projekte für die stoffliche Nutzung von Mikroalgen, beispielsweise im Rahmen der Biobased Industries Initiative; auf nationaler Ebene würden wir uns mehr Unterstützung wünschen.

Bei der Entwicklung einer Technologie für den industriellen Maßstab müssen wir ein ganzes Bündel von Fragestellungen bearbeiten – beginnend bei der Biologie: Wir haben nach wie vor sehr wenige gut erforschte Algenstämme – hier besteht noch großes Optimierungspotenzial. Bei Omega-3-Fettsäuren beispielsweise unterscheidet sich die Produktivität der einzelnen Stämme gewaltig. Dieser Forschungsbereich muss weiter gefördert werden, um die vorhandenen Algenstammsammlungen gezielt auf bestimmte Produkte hin zu screenen, um herauszufinden, ob man die Produktivität aus der Biologie des Systems heraus erhöhen kann. Dazu kommt der mögliche Einsatz gentechnisch optimierter Stämme; das ist eine politische Frage, die beispielsweise in den USA anders beantwortet wird als in Deutschland.

Auch bei der Weiterentwicklung und Optimierung der bestehenden Produktionssysteme sind wir zwar ein großes Stück vorangekommen, aber noch lange nicht am Ziel.

Was ist das Besondere am Bundesalgenstammtisch?

Wir hatten uns von Anfang an vorgenommen,  nicht in Konkurrenz zur wachsenden Zahl internationaler Algenkonferenzen zu treten, sondern ganz gezielt die deutschsprachige Community zu vernetzen und alle Player von der interessierten Industrie über aktive KMUs bis hin zu den Forschergruppen an einen Tisch zu bringen. Das ist uns gut gelungen. Wir haben es zudem immer geschafft, auch ein aktives Algenprojekt zu präsentieren. Es sieht ganz so aus, als sei der Bundesalgenstammtisch eine gesetzte Veranstaltung für alle, die im deutschsprachigen Bereich mit Algen zu tun haben, und ich nehme mit Stolz wahr, dass er bisher jedes Jahr gewachsen ist. Momentan knüpfen wir verstärkt Kontakte in die Schweiz und nach Österreich, um die Vernetzung zwischen den drei Ländern zu verstärken.

Was für mich den Bundesalgenstammtisch ausmacht: Der „Stammtisch“; man trifft gute alte Bekannte, kann gerne auch mal etwas intensiver diskutieren, und spätestens beim Get-Together kann man sich mit dem Stammpublikum und allen Interessierten in Ruhe austauschen.

Weitere Informationen und die Anmeldung zum 10. Bundesalgenstammtisch am 11. und 12. September 2017 in Merseburg unter http://dechema.de/algen2017.html

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Im ersten Teil des Interviews mit Dr. Peter Ripplinger ging es um aktuelle und zukünftige Märkte für Produkte aus Mikroalgen. Im zweiten Teil steht die energetische Nutzung im Mittelpunkt.

Wie sehen Sie die Zukunft der energetischen Nutzung?

Nach wie vor gibt es sicher langfristig Konzepte, bei denen man die energetische Nutzung mit der stofflichen Nutzung koppeln kann. Biofuels werden nur im Kontext einer Bioraffinerie und der Nutzung des Proteinanteils für Futtermittel oder ähnliches umzusetzen sein. Die finanzielle Förderung der EU war dennoch gut angelegtes Geld: Die Unterstützung zur Entwicklung von  Biofuels hat sehr geholfen, die Technologie zu skalieren und dadurch  viele Fragestellungen zur Absenkung der Investitionskosten und –Betriebskosten zu klären. Ich erinnere nur an die mögliche Nutzung von Rauchgasen; wir haben in mehreren Projekten gezeigt, dass das ein gangbarer Weg ist, um die Produktionskosten auch für Futtermittel für die Aquakultur oder andere Anwendungen maßgeblich abzusenken, und das hatte ursprünglich die Biofuel-Produktion zum Ziel.

Besonders die Flüge mit Algenkerosin haben viel öffentliche Aufmerksamkeit erregt. Wie bewerten Sie diese Technologie?

Wenn ich das gesamte Optimierungspotenzial summiere, das sowohl im biologischen- und  Produktionssystem als auch in der Aufarbeitung liegt, kann es Wege dahin geben. Das heißt, dass ich die biologische Optimierung konsequent umsetzen und durch gentechnische Maßnahmen die Photosynthese-Effizienz und ggf. auch den Lipidgehalt optimieren muss. Dazu kommt die Frage der Aufarbeitung. Es könnte sein, dass die Nutzung der gesamten Algenbiomasse über Hydrothermal Liquefaction im HTL-Verfahren einen gangbaren Weg darstellt – immer unter der Voraussetzung, dass auch der Ölpreis gewaltig ansteigt und die Schere sich schließt. Ich will das nicht ausschließen, aber es ist sicherlich ein langer Weg.

Lesen Sie im 3. Teil des Interviews, wie die deutsche Algenbiotechnologie im internationalen Vergleich dasteht.

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RipplingerAm 11. und 12. September 2017 findet der 10. Bundesalgenstammtisch statt. Das zehnjährige Jubiläum gibt Anlass für einen Rück- und Ausblick im Interview mit Dr. Peter Ripplinger, stellvertretender Vorsitzender der DECHEMA-Fachgruppe Algenbiotechnologie und Geschäftsführer der Subitec GmbH.

 

Wie hat sich die Algenbiotechnologie in den letzten zehn Jahren entwickelt?

In den letzten zehn Jahren hat eine gewisse Skalierung stattgefunden: Raus aus dem Labor, hin zu Pilotanlagen und dort, wo schon Märkte existieren, auch in die Produktion.

Ein ganz großer Trend ging weg von der energetischen und hin zur stofflichen Nutzung. Vor zehn Jahren stand das Thema Biofuels national und international noch ganz weit oben auf der Agenda. Auch die europäische Community hat sich zuerst mit mehreren großen EU-Projekten und dem nationalen Projekt AUFWIND auf dieses Thema konzentriert. Dadurch entstanden unter anderem in Portugal und Spanien große Anlagen, und man konnte die Möglichkeiten der Skalierung für verschiedene Systeme vom geschlossenen Reaktor bis zum Open Pond austesten. Dazu hat man wichtige Aufgabenstellungen wie Medienrecycling, Rauchgasnutzung, eine Erhöhung des Automatisierungsgrades bearbeitet; man lernte in der Prozessführung dazu und ebenso beim Umgang mit Kontaminationen – alles zusammen führt dazu, dass sich die Technik enorm weiterentwickelt, und das ist wichtig für die Senkung der Produktionskosten – und damit auch für die Erschließung neuer Anwendungsfelder.

Was sind heute und in naher Zukunft die wichtigsten Märkte?

Es gibt ganz klar einen existierenden Markt im Bereich der Nahrungsergänzungsmittel, ob Astaxanthin, Omega-3-Fettsäuren oder „Ganzalgen“ – also Spirulina oder die neue ökozertifizierte Chlorella. Dieser Markt entwickelt sich sehr positiv – diese Entwicklung wird in jüngster Zeit auch – durch die Normungsaktivitäten von CEN und DINunterstützt. Es zeichnet sich zudem ab, dass durch die Überarbeitung der Novel-Food-Verordnung die Zulassung von Algen als Nahrungsergänzungsmittel erleichtert wird. Bisher war das eine hohe Hürde, denn die Firmen im Algenbereich sind meist klein; die Zulassung ist mit hohen Kosten verbunden und der mangelnde Schutz vor Nachahmern führt zu einer starken Unsicherheit.

Ein weiterer Markt, der beständig wächst und in dem sich Algen schon gut etabliert haben, ist die Aquakultur. Bisher nicht industriell genutzte Mikroalgen werden zunehmend in der Larvenaufzucht bei neuen Fischarten eingesetzt. Synthetisches Astaxanthin, das bisher in der Lachszucht für die Rotfärbung sorgt, kann nun auch aus der Mikroalge Hämatococcus pluvialis auf natürliche Weise gewonnen werden um die Märkte für Biofisch zu erschließen. Evonik und DSM haben im März 2017 ein Joint Venture zur heterotrophen Produktion von Algenöl gegründet, um das knapper werdende Fischöl in der Lachszucht zu ersetzen. Viele Algenfirmen, gerade aus dem ehemaligen Biofuel-Sektor,  arbeiten auch an der photoautotrophen Produktion von Algen als Futtermittel.

Der dritte Bereich sind Nischen im Bereich der Kosmetik und vielleicht mittelfristig auch im Pharmabereich. Die Proteinproduktion in Algen hat wegen der Glykosilierungsmuster Vorteile gegenüber tierischen Zellen; diese Arbeiten sind aber noch im Entwicklungsstadium.

Lesen Sie im zweiten Teil des Interviews, welche Perspektiven für die energetische Nutzung von Mikroalgen bestehen.

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Kollektion von Mikroalgenkulturen [von CSIRO, CC BY 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=35475348

Mikroalgen sind eine wichtige Säule einer zukünftigen Bioökonomie, denn sie produzieren ohne Konkurrenz zu landwirtschaftlichen Flächen eine große Vielfalt hochwertiger Produkte. Um diese Potenziale voll auszuschöpfen, bedarf es allerdings nicht nur gezielter Forschung und Entwicklung, sondern auch geeigneter politischer Rahmenbedingungen. Was genau zu tun ist, stellt die DECHEMA-Fachgruppe Algenbiotechnologie In ihrem neuen Statuspapier „Mikroalgen-Biotechnologie: Gegenwärtiger Stand, Herausforderungen, Ziele“ vor. Entlang der Wertschöpfungskette von der Algenanzucht bis zum Produkt beschreiben die Experten, welche Verfahren heute im Einsatz sind, welche Herausforderungen bestehen und wie diesen begegnet werden kann. Dabei diskutieren sie auch die gesellschaftliche Relevanz und beleuchten Chancen, die sich für Menschen in Entwicklungs- und Schwellenländern durch den Mikroalgenanbau bieten.

Vor einigen Jahren waren Mikroalgen als Klimaretter in aller Munde. Als die ersten Flugzeuge testweise mit Algen-Kerosin abhoben, berichteten die großen Tageszeitungen ausführlich über die kleinen Hoffnungsträger. Inzwischen ist es in der Öffentlichkeit wieder etwas ruhiger geworden. Das heißt aber nicht, dass sich bei den Mikroalgen nichts getan hätte – im Gegenteil.

Allerdings sind sich die Experten inzwischen darüber einig, dass die ausschließliche Erzeugung von regenerativen Kraftstoffen mit Algen aus Gründen des Klimaschutzes und der Wirtschaftlichkeit derzeit nicht sinnvoll ist. Die Forschung konzentriert sich daher in weiten Teilen auf hochwertigere Produkte aus Algen. Beispiele sind Nahrungsergänzungsmittel, Inhaltsstoffe für Pharmazeutika und Kosmetik oder wertvolle Futtermittel für Fischzucht und Landwirtschaft. In Kombination mit der Nutzung der Rest-Algenbiomasse zur Energiegewinnung sind reizvolle Konzepte für sogenannte „Algenbioraffinerien“ vorstellbar, die auf Basis von Algen eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte liefern.

Um diese Potenziale voll auszuschöpfen, bedarf es einer gezielten Weiterentwicklung auf allen Stufen der Wertschöpfungskette. Von den geschätzt mehr als 100.000 Algenarten sind weniger als 10.000 klassifiziert, und nur etwa 20 Mikroalgenarten werden bislang wirtschaftlich genutzt. Hier schlummert ein Schatz an Naturstoffen und möglichen Produzenten, die durch Kultivierung nutzbar gemacht werden könnten. Für die Anzucht der Algen werden geschlossene Reaktoren mit Licht-durchlässigen Wandungen eingesetzt, damit die Organismen das einfallende (Sonnen-)Licht zum Wachstum nutzen können. Neue transparente Kunststoffe könnten erhebliche Verbesserungen bringen. Da die Aufarbeitung, also „Ernte“ und „Trocknung“ der Mikroalgen, heute immer noch den Löwenanteil der Energie verbraucht, empfehlen die Experten eine verstärkte Zusammenarbeit von Universitäten und Unternehmen, um diesen Schritt zu verbessern.

Ist ein Verfahren erst einmal im Labor entwickelt, muss es im größeren Maßstab getestet und verbessert werden. Doch Demonstrationsanlagen dafür sind bisher in Deutschland zu wenige vorhanden. Auch zum Aufbau von Produktionsanlagen fehlen den häufig kleinen und jungen Unternehmen die Mittel; Fördergelder für die Prozessentwicklung bis in den Demonstrationsmaßstab, ein freundliches Investitionsklima und einfachere Kontakte zu Geldgebern könnten helfen.

Profitieren können davon am Ende nicht nur die Industrieländer. In einigen Regionen Afrikas wie Kenia, Mauretanien und Madagaskar gibt es schon heute Versuchsanlagen für die Produktion von Proteinen zur Ernährungssicherung. Das Beispiel zeigt, wie wichtig die internationale Zusammenarbeit ist; dabei sollen sowohl Industrieländer untereinander kooperieren als auch mit Ländern, die dank ihrer klimatischen Rahmenbedingungen besonders gute Voraussetzungen für den Algenanbau bieten.

Das Papier steht unter http://dechema.de/studien.html zum kostenlosen Download zur Verfügung.

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