Das grüne Energiewunder

Der Algen-Bioreaktor

 

Zusammenfassung

Viele Menschen sind sich des Klimawandels bewusst und der Notwendigkeit alternativer Energielieferanten jenseits von Gas, Öl und Kohle. Doch auch vermeintlich grüne Lösungen wie Biodiesel stehen immer wieder in der Kritik. Denn der Anbau von Mais, Raps oder Elefantengras verbraucht viel Fläche und nicht selten enorme Mengen an Dünger und Pflanzenschutzmittel. Der Wirkungsgrad bei der Vergärung dieser Energiepflanzen ist zudem recht gering, die Flächenkonkurrenz zum Nahrungsmittelanbau nicht von der Hand zu weisen.

Die Suche nach der Zukunftsenergie geht deshalb weiter und seit einigen Jahren in eine neue Richtung: Ins Reich der Mikroalgen. Die haben das Potential zum echten grünen Kraftstoff, da sie als Wasserbewohner keine Landfläche verbrauchen und im Vergleich zu Mais und Raps sehr viel mehr Biomasse produzieren – und dadurch auch mehr Kohlendioxid binden. Und auch wenn die Algen(kraftstoff)produktion im großen Stil über sogenannte Fotobioreaktoren noch in den Kinderschuhen steckt, wollten wir uns dem Thema im Kleinen anschaulich widmen.

Daher zeigen wir den Besuchenden im öffentlich zugänglichen Museumsgarten am Schölerberg in Osnabrück über ein wetterfestes Holz-Metall-Modell mit fünf Plexiglasröhren, wie der wasserbasierte „Mikroalgenanbau“ in vereinfachter Form funktioniert. Dazu gibt es auf Postkarten Wissenswertes zur Algennutzung in Küche und Kosmetik sowie Handlungsoptionen rund um das Thema Energiesparen. 

Details

Die Installation steht am Gerätehaus des Museumsgartens gegenüber der Teichlandschaft, d.h. an einem zentralen Treffpunkt und inhaltlich am Wasserthema verortet.

  • Der Algenreaktor selbst ist eine ca. 1m breite und 2m hohe Konstruktion aus fünf senkrechten Plexiglasröhren, die vor einem Lochblech und eingeschalt von einer Holzkonstruktion auf einem rollbaren Bodenbrett stehen. Die Röhren sind bis oben mit Wasser gefüllt und mit Algen versetzt, die sich über die Zeit vermehren. D.h. die Grünfärbung des Wassers nimmt kontinuierlich zu. Um die Algen mit ausreichend CO2 zu „füttern“ und für die notwendige Wasserumwälzung zu sorgen, hat jede Röhre eine schlauchförmige Luftzufuhr, die von einer integrierten Teichpumpe angetrieben wird. Die Pumpe wird durch ein Solarmodul gespeist und ist dadurch in sich energieautark. So ist die sichtbare Luftblasenentwicklung je nach Sonnenstand mal mehr, mal weniger stark, sorgt beim Betrachtenden aber für die nötige Abwechslung. Die ganze Konstruktion ist durch die Rollen mobil einsetzbar und transportfähig, kann bei Bedarf also auch an einem anderen Standort eingesetzt werden. An Ort und Stelle wird sie durch ein Drahtseil mit Schloss gesichert.
  • Eine vom Museum erarbeitete Infographik veranschaulicht die Funktionsweise und Hintergründe.
  • An seitlich befestigten Boxen stehen drei verschiedene Postkarten zur Mitnahme bereit. Sie geben einen Kurzüberblick über die Vielfalt der Algen sowie ihr Kraftstoffpotential und zeigen über Koch- und Kosmetikrezepte Aktionsmöglichkeiten auf.
Die Luftblasen füttern die Algen...

Die Luftblasen füttern die Algen...

...und diese Tafel  informiert die Nutzer_innen

...und diese Tafel informiert die Nutzer_innen

Kosmetische & kulinarische Tipps to go

Kosmetische & kulinarische Tipps to go

    Hintergrund

    Was verbinden wir gemeinhin mit Algen? Als erste Assoziation wahrscheinlich die sommerliche Algenblüte an der Küste oder den heimischen Badeseen, im Kulinarischen die hauchdünnen Algenmatten im Sushi. Aus dem Biologieunterricht erinnert sich der Eine oder die Andere vielleicht an die enorm detailreichen Kieselalgen-Zeichnungen von Ernst Haeckel. Klar ist sicher auch den weniger Eingeweihten, dass Algen größtenteils auf Wasser oder zumindest eine wässrige Umgebung angewiesen sind. Und wer sich weiter mit dem Kosmos Alge beschäftigt, merkt schnell, was für eine arten-, formen- und farbenreichen Gruppe an Organismen man hier vor sich hat. Oft muss man dabei sehr genau hinschauen, denn ein Großteil der Algen wird erst durch ein Vergrößerungsglas überhaupt sichtbar. Das ist vielleicht auch einer der Gründe, weshalb von den geschätzten 400.000 Algenarten erst 20 Prozent wirklich bekannt bzw. beschrieben sind.

    Das ist erstaunlich, erfüllen Algen global gesehen eine wichtige Funktion – sie stehen am Anfang von allem, sind wichtige Regulierer von Klima und Ökosystemen: Heute wird davon ausgegangen, dass jedes zweite Sauerstoffmolekül in unserer Atmosphäre von Algen gebildet wird. In jeglichen Gewässern stehen sie am Anfang der Nahrungskette, nähren tierisches Plankton, Krebse, Fische  - und letztlich auch uns Menschen. So haben sie schließlich auch Einzug in die Nahrungs-, Kosmetik- und Pharmaindustrie gefunden, begegnen uns unbemerkt in Speiseeis, Cremes oder Medikamenten.

    Durch ihr weltweites Vorkommen, ihre Produktivität und Leistungsfähigkeit gelten Algen, bzw. genauer gesagt Mikroalgen, seit wenigen Jahren auch als DIE grüne Zukunftsenergie. Algenkraftstoff als Alternative zu fossilen Brennstoffen, das klingt vielversprechend. Und weniger problematisch in puncto Flächenkonkurrenz und „Tank statt Teller“-Diskussion als Biosprit aus Raps und Mais. Denn Algen verbrauchen keine Ackerfläche, fixieren deutlich mehr C02 als die gängigen Energiepflanzen und produzieren dadurch auch viel effektiver Sauerstoff.

    Wasser, Luft und Sonne – mehr braucht es nicht zur grünen Algenenergie, sollte man meinen. Leider ist es technisch dann doch nicht so einfach, Mikroalgen im großen Stil und v.a. kosteneffizient zu kultivieren und als abgeschöpfte Biomasse in Treibstoff umzuwandeln. Aber es wird intensiv geforscht, an unterschiedlichen Hochschulen und selbst bei großen Energieunternehmen. Und selbst der Traum, mit Algenpower irgendwann zu fliegen, wird in Zukunft vielleicht auch noch wahr!

    Standort und Kooperationspartner

    Partner der Installation ist das Umweltbildungszentrum (UBZ) des Museums am Schölerberg in Osnabrück. Dieses bietet mit dem Museumsgarten einen jederzeit öffentlich zugänglichen Grünraum, der zudem durch ein Energiepflanzenbeet und eine verwunschene Teichlandschaft inhaltliche Anknüpfungspunkte bietet. Der Garten wird von Erholungssuchenden, für die Mittagspause oder als Inspirationsort von einer breiten Zielgruppe genutzt. Zudem dient er der praktischen Umweltbildung, d.h. wird in das museumseigene Führungs- und Workshop-Programm für Kindergruppen und Schulklassen sowie die interessierte Allgemeinheit eingebunden. Im 20-jährigen Jubiläumsjahr des UBZ gibt es zudem eine Sonderausstellung zum Klimathema (Planet der Zukunft) sowie den Agendaschwerpunkt „Klimastadt Osnabrück", welche im Museum und darüber hinaus passende lokale Anknüpfungspunkte bieten.

    Budget

    Konstruktion Algenreaktor (Material und Arbeitszeit)

    1160 €

    Druck Beschilderung

    100 €

    Design, Druck und Aufhängung Begleitmaterial

    400 €

    Gesamtsumme

    1660 €

    Entwicklungsphasen

    1. Schritt:

    Wahl von Objekt und Thema

    Der Kooperationspartner hatte schon länger den Wunsch, sich dem Nischenthema „Algenenergie“ zu widmen. Einerseits hatte der Besuch des Algenhauses in Hamburg nachdrücklich Eindruck hinterlassen, andererseits sind alternative Energien, ob über einen Solarkocher oder ein Energiepflanzenbeet bearbeitet, seit Jahren ein Anliegen.

    2. Schritt:

    Technische und andere Gegebenheiten prüfen

    Von Anfang an war klar, dass wir das Kultivieren von Mikroalgen als „sprudelnde grüne Wand“ darstellen, also einen Fotobioreaktor in Klein zeigen wollten. Dazu recherchierten wir bei bereits im Kontext arbeitenden Firmen und Hochschulinstituten nach Umsetzungstipps und einer konkreten Konstruktionsidee. Für unsere eigene praktische Umsetzung tappten wir jedoch lange im Dunkeln – handelte es sich doch um eine ausgefallene Bastelanfrage, die nicht nur handwerkliches Geschick, sondern auch ein grundlegendes Verständnis der chemisch-physikalischen Funktionsweise voraussetzte. Eine herkömmliche Tischlerei fiel damit aus, ein Tüftler musste her. Den fanden wir letztlich im Museum selbst in Form eines pensionierten Chemielehrers, der nicht nur im Umweltbildungszentrum weiterhin am Energiethema arbeitet, sondern in seiner Freizeit auch mit Holz.

    3. Schritt:

    Inhalte festlegen

    Kern der Installation war von Anfang an die Darstellung der im Wasser wachsenden und mit Licht und CO2 gefütterten Algen. Diese wurde durch das vereinfachte Fotobioreaktormodell versinnbildlicht, zu dem der Kooperationspartner eine erläuternde Texttafel beisteuerte, die im Rahmen eines Jahresprojektes und Klimawettbewerbs zum Thema Biokraftstoff am Beispiel Algen entstanden war. Dazu kamen von der Projektreferentin entwickelte und mit dem Kooperationspartner abgestimmte Postkarten, die nicht nur den Schwerpunkt Algenenergie zusammenfassten, sondern zur weiteren Auseinandersetzung mit dem großen „Kosmos Algen“ auch die Bereiche Algenküche und Algenkosmetik mit praktischen Handlungsoptionen anreißen.  

    4. Schritt:

    Kostenplanung und Koordination der Handwerker und Dienstleister sowie Vor-Ort-Installation

    Unser Konstrukteur war auf der Grundlage unserer Recherche und seiner eigenen Erfahrung recht schnell in der Lage, einen Prototypen zu planen und umzusetzen. Er hatte bei der Ausgestaltung der Konstruktion weitgehend freie Hand und ersetze z.B. das anfänglich flächig gedachte Algenpaneel durch fünf senkrechte Plexiglasrohre. Das sah nicht nur interessanter aus, sondern spiegelte auch die Forschungsrealität etwas besser wieder (der große Algenbioreaktor an der FH Köthen besteht ebenfalls aus zu Schlangen gelegten Röhren). Einzelne Fragestellungen zur Mobilität, Wetterfestigkeit, Diebstahlsicherung und v.a. zum Pumpenantrieb (autark durch Solarenergie anstatt Steckdosen-abhängig) wurden gemeinsam mit Kooperationspartner und Projektreferentin besprochen.

    Die einzelnen Bauteile stammten aus dem gängigen Baumarktsortiment (Holz, Rollen) und Teichbedarf (Pumpe) oder wurden bei Spezialhändlern online bestellt (rückwärtiges Lochblech, Röhren).

    Der Prototyp hatte zunächst noch ein zu schwaches Solarmodul, um die Pumpe so anzutreiben, dass auch bei bewölktem Himmel alle fünf Röhren ausreichend durchgesprudelt werden konnten. Eine größere Solarfläche, verbunden mit einer leistungsstärkeren Pumpe, schaffte Abhilfe.

    Die überarbeitete Konstruktion war schließlich voll funktionsfähig und ermöglichte auch bei wenig Licht immer noch eine stoßweise Luftzufuhr. Die Holzteile wurden wetterfest lackiert, lose Kabel solide eingeschalt. Die Röhren wurden gleichmäßig mit Wasser befüllt und mit ein paar Tropfen Algen versehen. Das Ganze wurde schließlich mit einem verschließbaren Stahlseil versehen, um am jeweiligen Standort angeschlossen zu werden.

    → Der „Blub“ dient einerseits zur "Fütterung" der Algen, die das CO2 der eingesprudelten Luft für ihr eigenes Wachstum brauchen bzw. in Biomasse umwandeln und dient letztlich auch zur Umwälzung des Algen-Wasser-Gemisches. Er ist auch in den großen Forschungsanlagen zu finden. Zudem macht er die Installation interessanter, da die Röhren nicht nur schön aussehen, sondern in ihnen auch noch etwas passiert.

    → Um das Wachstum der Algen zu beschleunigen, wurde uns von Seiten der Fachleute geraten, die Röhren zusätzlich mit etwas handelsüblichem Flüssigdünger zu versetzen. Da wir innerhalb von wenigen Wochen bereits auch so eine deutliche Grünfärbung des Wassers beobachten konnten, haben wir davon zunächst abgesehen.

    → Die mobile Konstruktion auf Rollen ist ein großer Vorteil. So kann die Installation nicht nur im Museumsgarten, sondern auch an verschiedenen Orten im Umkreis (wie dem Vorplatz zum benachbarten Zoo) stehen. Zudem kann sie bei Bedarf (und v.a. im Winter) drinnen gelagert werden oder mit dem Umweltmobil auf Reisen gehen

    5. Schritt:

    Weitere Betreuung

    Da die Installation über die Zeit attraktiv bleiben soll, muss sie regelmäßig besucht werden, um die Funktionsfähigkeit zu überprüfen und die Postkartenfächer nachzubestücken. Da sie in einzelne Veranstaltungen des Umweltbildungszentrums mit eingebunden wird, ist die Betreuung dadurch gewährleistet. Je nach dem, wie schnell die Algen in den nächsten Monaten wachsen, muss zu bestimmten Zeiten die Biomasse entfernt werden (und fungiert dann als eiweißreicher Dünger im Garten).

    Nutzerreaktionen

    Die Besucherreaktionen werden derzeit noch erfasst und ausgewertet.

    Resümee

    Die eigenen Erfahrungen werden derzeit noch gesammelt.

    Mehr zu diesem Thema

    Externe Links:

    Algenenergie in der Praxis I: Wer wissen möchte, wie eine Algenfassade einem Wohnhaus Energie spendet, wird auf der Seite des Hamburger Algenhauses fündig (letzter Aufruf 2017/07/20)

    www.biq-wilhelmsburg.de/die-fassade/biologie.html  

    Algenenergie in der Praxis II: Die Chancen und Herausforderungen grüner Algenenergie aus Sicht der Wissenschaft  beleuchtet dieser Artikel (letzter Aufruf 2017/07/20)

    https://www.welt.de/wissenschaft/article113136628/Das-Erdgas-das-aus-der-Alge-kommt.html   

    Alleskönner Alge I: Einen guten Überblick zu Algen und ihren Potentialen sowie weitere Links und Clips zum Thema gibt die Planet Wissen-Seite (letzter Aufruf 2017/07/20)

    http://www.planet-wissen.de/natur/pflanzen/algen/index.html

    Alleskönner Alge II: Neuste Entwicklungen auf dem Gebiet der Mikroalgen-Forschung sowie Links zu den Forschungsergebnissen gibt es hier (letzter Aufruf 2017/07/20)  

    https://www.undekade-biologischevielfalt.de/aktuelles/aktuelle-meldungen/newsletter/rubriken/article///alles-im-gruenen-bereich-algen-und-ihre-potenziale/?cHash=50c97860bde88a83287012a13bea4c9b&L=0

    Algen auf dem Teller: Spiegel Online wirft einen kritischen Blick auf den Hype rund um Wakame, Spirulina und Co. (letzter Aufruf 2017/07/20)

    http://www.spiegel.de/gesundheit/ernaehrung/algen-als-lebensmittel-wie-gesund-sind-kombu-wakame-nori-und-co-a-1108614.html

    Algen in der Medizin: Hier informiert die UN Dekade Biologische Vielfalt über die Suche nach einer ressourcenschonenden Alternative zur Medikamentenproduktion, die im Reich der Algen fündig wird (letzter Aufruf 2017/07/20)

    https://www.undekade-biologischevielfalt.de/aktuelles/aktuelle-meldungen/newsletter/rubriken/article///dass-algen-sehr-produktive-impfstofffabrikanten-sind/?cHash=18f522bd30661a63edca694734e8404f&L=0

    Kontakt | Impressum | Datenschutzerklärung

      

    Diese Website wird gefördert von Engagement Global im Auftrag des Bundesministeriums für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung,
    von der Niedersächsischen Bingo-Umweltstiftung, aus Mitteln des kirchlichen Entwicklungsdienstes durch Brot für die Welt – Evangelischer
    Entwicklungsdienst sowie vom Katholischen Fonds. Für den Inhalt sind allein HelpAge Deutschland und finep verantwortlich.

      BMZ