Nachhaltige Proteingewinnung Algen-Bioraffinerie recycelt Nitrat aus belasteten Gewässern

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Forscher haben eine spezialisierte Wasseraufbereitungsanlage entwickelt, die nitratbelastete Oberflächenwässer zur nachhaltigen Proteinproduktion mit Mikroalgen nutzt. Die Technologie verbindet Gewässersanierung mit der Erzeugung alternativer Proteinquellen für die Humanernährung.

Im Rahmen des Innovationsprojekts „BiOProtAlgeiNO3“ wird ein Bioraffineriekonzept entwickelt, das nitratbelastete Oberflächenwässer für die nachhaltige Onshore-Produktion von proteinreicher Mikroalgenbiomasse nutzt. Ziel ist es, ökologisch verträgliche, alternative Proteinquellen für die Humanernährung zu erschließen und gleichzeitig einen Beitrag zur Gewässersanierung und nachhaltigen Landwirtschaft zu leisten. Ein wesentlicher Meilenstein wurde jetzt mit dem Entwurf und der Konstruktion einer speziell entwickelten Wasseraufbereitungsanlage erreicht.

Mit dem Entwurf und der Konstruktion einer speziell entwickelten Wasseraufbereitungsanlage steht laut Abteilungsleiter Dr. Enrico Ehrhardt, Projektkoordinator von der Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien (GMBU), eine Anlage bereit, die für die spezifischen Anwendungszwecke des Projektes geeignet ist – von der Anreicherung von Biomasse über die Aufreinigung von Oberflächengewässern bis hin zur Rückgewinnung von Wasserressourcen. Die Anlage ist einsatzbereit, repräsentative Funktionstests folgen in Kürze.

Analyse nitratbelasteter Gewässer

Im Rahmen des Projektes wurden lokale Gewässer in den sogenannten „roten Gebieten“ der Region Saale-Unstrut hinsichtlich ihrer Nitratbelastung sowie des Vorkommens von Mikroalgen untersucht. Ziel dieser Analysen war es, eine Bilanz der vorhandenen Nitratmengen zu erstellen und zu bewerten, ob die Konzentrationen für eine potenzielle Nutzung in der Mikroalgenkultivierung ausreichend sind. Langfristig soll nach den Worten von Dr. Ehrhardt dadurch das vorhandene Nitrat aus den Gewässern recycelt und die Zugabe von nitratreichen Nährmedien in der Kultivierung deutlich reduziert werden.

Laborscreening ausgewählter Mikroalgen

Parallel dazu wurden im Labormaßstab umfangreiche Screeningversuche durchgeführt, um die Nitratfixierungsraten sowie die Biomasse- und Proteinbildungsraten ausgewählter Mikroalgenstämme zu untersuchen. Getestet wurden dabei Arten wie Chlorella vulgaris, Arthrospira platensis und Galdieria sulphuraria. In den Versuchen wurden verschiedene Parameter wie Lichtintensität, CO₂-Zufuhr, Begasungsrate, Temperatur, Nitratgehalt und pH-Wert variiert und deren Einfluss auf das Wachstum und die Stoffwechselleistung der Mikroalgen analysiert. Zusätzlich wurden Messungen zu Proteingehalt, Trockensubstanz, Chlorophyll a, Nitratkonzentration, Zellzahl, Temperatur und pH-Wert durchgeführt, um ein umfassendes Verständnis der Wachstumsbedingungen zu gewinnen.

Praxisumsetzung: Wasseraufbereitung und HACCP

Zur praktischen Umsetzung der Ergebnisse wurde zudem eine Wasseraufbereitungsanlage konzipiert und auf den vorgesehenen Anwendungszweck hin aufgebaut. Die ersten Probeläufe und Wassertests verliefen erfolgreich, so dass die Inbetriebnahme in Kürze erfolgen kann.

Begleitend dazu wurde mit der Erstellung eines HACCP-Konzeptes (Hazard Analysis and Critical Control Points) begonnen. Das grundlegende Konzept steht bereits und wird nun auf die spezifischen Gegebenheiten der Anlage vor Ort angepasst, um eine sichere und hygienisch einwandfreie Prozessführung zu gewährleisten.

Aktuelle Forschungsvorhaben: Wie geht es weiter?

Aktuelle Forschungsvorhaben und Pilotprojekte beschäftigen sich derzeit mit der Übertragbarkeit und Erweiterung der im Projekt entwickelten Wasseraufbereitungsanlage auf weitere Anwendungsfelder. Dabei soll insbesondere geprüft werden, inwieweit die Technologie über die spezifische Anwendung des ursprünglichen Projekts hinaus eingesetzt werden kann. Geplant ist hierbei die Erprobung und Umsetzung in unterschiedlichen Bereichen, beispielsweise bei der chemischen Reinigung von Restströmen, in der allgemeinen Wasseraufbereitung sowie bei der Konzentrierung von Proteinen und Algen. Diese Untersuchungen zielen darauf ab, die Effizienz, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit der Anlage zu validieren und ihr Potenzial für den industriellen Maßstab zu bewerten. Des Weiteren werden diese gewonnenen Ergebnisse als Grundlage für eine technische Weiterentwicklung und Modifizierung der Anlage genutzt.

Projektbeteiligte des Innovationsprojekts BiOProtAlgeiNO3

Das Innovationsprojekt BiOProtAlgeiNO3 wird von einem starken Verbund aus Wissenschaft und Praxis getragen: Die Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien (GMBU), Fachsektion Halle Umwelttechnologie arbeitet in dem Projekt zusammen mit der KTS Alge GmbH, Laucha an der Unstrut und der Knufmann GmbH, Klötze. Durch die enge Zusammenarbeit dieser Partner entsteht ein interdisziplinärer Verbund, der wissenschaftliche Erkenntnisse direkt in praxisorientierte Lösungen überführt.

Das Projekt BiOProtAlgeiNO3 wird im Rahmen des Programms zur Innovationsförderung des Bundesministeriums für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) gefördert und ist Teil der Vernetzungs- und Transfermaßnahme (VuT) PIONEER, in der 27 innovative Projekte daran arbeiten, neue Wege und Lösungen für die Nutzung alternativer Proteinquellen zu entwickeln.

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