Schnell abbaubar und klimaneutral – Algen als neuer Biokunststoff?
Eine Vision, an welcher geforscht wird und woran viele Startups arbeiten, ist die Nutzung von CO2 aus der Luft als Ressource. Anzeichen deren Realisierung sind die als Blau- und Mikroalgen bekannten Cyanobakterien. Noch sind die Mengen zu klein für die industrielle Nutzung. Das könnte sich ändern.
Mit kurzer Nutzungsdauer wird PET (Polyethylenterephthalat) aus fossilen Ressourcen hergestellt. Polyethylenterephthalat ist ein durch Polykondensation hergestellter thermoplastischer Kunststoff aus der Familie der Polyester. PET hat vielfältige Einsatzbereiche und wird unter anderem zur Herstellung von Kunststoffflaschen (PET-Flaschen), Folien und Textilfasern verwendet. Das Verbot der EU für Einwegplastik sei teilweise unüberschaubar definiert und würde oftmals umgangen. Nicht nur in der Gastronomie sind Plastikverpackungen weiter im Einsatz. Allerdings fehlt es auch an nutzungsfreundlichen Alternativen.
Zur Produktion von Bio-Kunststoffen werden keine fossilen Rohstoffe benötigt. Aktuell wird Bioplastik vor allem mit Maisstärke produziert. Dabei werden jedoch ethische Fragen diskutiert. Beispielweise, ob der Ernährung dienende Rohstoffe und die entsprechend begrenzten Produktionsflächen tatsächlich geeignet seien, um daraus Verpackungsmaterial herzustellen?
Mit speziellen Mikroalgen, die Chlorophyll enthalten und Fotosynthese betreiben können, sollen solche Fragen umgangen werden. So sind Cyanobakterien, auch Blau- oder Mikroalgen genannt, in der Lage mit Sonnenlichtenergie CO2 festzuhalten und in Zucker umzuwandeln. Die Kultivierung solcher Algen beansprucht keine landwirtschaftliche Nutzungsflächen.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen an der PHB-Produktion in Cyanobakterien, um sie für eine bioökonomische Nutzung zu optimieren.
Aus sogenannten heterotrophen Bakterien wie Cupriavidus necator kann Bio-Kunststoff PHB bereits produziert werden. Energieträger dieser Bakterien ist der aus Nutzpflanzen gewonnene Zucker. Der grosse Vorteil einer PHB-Produktion durch Cyanobakterien: Mikroalgen sind in der Lage, Sonnenlicht zu fixieren und daraus Energie zu gewinnen. Demzufolge handelt es sich um eine CO2-neutrale PHB-Produktion, welche sowohl ethische als auch ökologische Vorteile gegenüber der Nutzung von heterotrophen Bakterien bietet.
Die PHB-Produktion durch Cyanobakterien befindet sich derzeit noch im Grundlagenforschungsmodus. Bis zur praktischen Umsetzung für die industrielle Nutzung könnte es noch Jahre dauern. Nicht zuletzt besteht auch eine Preisfrage. So ist die PHB-Produktion durch heterotrophe Bakterien derzeit kostengünstiger.
Cyanobakterien (Blau- oder Mikroalgen) nutzen -ähnlich wie Algen- mit deren Chlorophylls im Prozess der Fotosynthese das Licht als Energiequelle und zählen zu den photoautotrophen Bakterien. So ist Sauerstoff ein Produkt der Fotosynthese. Der von Blaualgen produzierte Sauerstoff erhöhte den Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre und ermöglichte generell die Existenz von Lebewesen. So hätten Cyanobakterien zu den ersten, lebenden Organismen auf diesem Planeten gehört. In australischen aber auch in südafrikanischen Gesteinen, die man bis über drei Milliarden Jahre alt schätze, seien Fossilbelege gefunden worden.
Es gilt zu berücksichtigen, dass sich Blaualgen in gewissen Gewässern bei warmen Temperaturen schnell vermehren, bei empfindlichen Personen zu Gesundheitsproblemen führen und gar toxisch auf Fische und andere Organismen im Wasser wirken können. Doch Blaualgen können als nachwachsender Rohstoff vielfältig eingesetzt werden wie beispielsweise innerhalb der Medizin und Energiegewinnung für industrielle Zwecke.
Generell weisen Algenderivate als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Biokunststoffen mehrere Vorteile gegenüber Mais und anderen Kulturpflanzen auf.
Produktivität
Algen können viel schneller Biomasse produzieren als herkömmliche Kulturpflanzen wie beispielsweise Mais. So ist die Pflanze in der Lage, deren Biomasse in nur wenigen Stunden zu verdoppeln, während Pflanzen wie Mais für vergleichbares Wachstum Tage oder Wochen benötigen. Das schnelle Wachstum begünstigt ebenso die Produktivität auf relativ kleinen Flächen.
Wasserbedarf
Algen benötigen weniger Wasser als herkömmliche Kulturpflanzen. Eine bessere Nutzbarkeit also auch in Gebieten mit begrenzten Wasserressourcen. Viele Algenarten wachsen auch im Salzwasser, was je nach Nutzung auch den Süsswasserbedarf reduzieren könnte.
Düngemittel
Algen binden Stickstoff aus der Atmosphäre. Der synthetische Düngemittelbedarf wird reduziert.
Bindung von Kohlenstoff
Algen absorbieren während der Photosynthese Kohlendioxid aus der Atmosphäre, was zur Verringerung der Treibhausgasemissionen beitragen kann. Dies macht Algen zu einer umweltfreundlicheren Option als herkömmliche Kunststoffe auf Basis fossiler Brennstoffe.
Abwasser
Es hat sich gezeigt, dass Algen auch bei der Abwasseraufbereitung zum Einsatz kommen könnten. Ein Beitrag zur Verringerung von Schadstoffen und deshalb umweltschonend.
Noch sind Algen nicht die perfekte Lösung für den Kunststoffersatz. Dennoch bieten die Pflanzen Vorteile gegenüber herkömmlichen Kulturpflanzen wie beispielsweise dem Mais.
Energie und Lebensfreude dank Algen im Ernährungsbereich
Einige Algenarten gelten als wertvolle Nährstoffquellen für Mensch und Tier. Algen haben viele Kohlenhydrate aber der Anteil an Proteinen, Vitaminen und Mineralien ist gleichsam hoch.
Es gibt mehrere tausend verschiedene Algenarten. «Meeresgemüse» ist ein bekannter Ausdruck für die Makroalgen. Man kann die Makroalge als Salat- oder Gemüsebeilage einsetzen oder die Pflanze wird zu Gewürz verarbeiten. Eines der bekanntesten Gerichte aus der «Nori-Alge» ist wohl Sushi. Dabei werden Fisch, Gemüse aber auch Reis in Nori-Blätter eingewickelt.
Auch Mikroalgen wie Spirulina und Chlorella können innerhalb der Küche eine Bereicherung sein. Pulverisiert kann man Mikroalgen beim Backen verwenden und in Shakes und Smoothies mischen. Die Mikroalgen werden jedoch mehrheitlich als Nahrungsergänzungsmittel, meist in veganen Kapseln angeboten.
Mikroalgen enthalten vielfältige bioaktive Vitalstoffe. Die Anteile an Vitamin B12, Folsäure aber auch problemlos verwertbarem Eisen sind bemerkenswert.
Eine Wohltat ebenso für den Säuren-Basenhausalt des Körpers. Der Sauerstoffgehalt im Blut wird durch den hohen Chlorophyllgehalt der Alge erhöht. Eine immunisierende Wirkung dank der Stimulierung der Lymphozyten wird dem Farbstoff Phycocyanin zugeschrieben.
Mikroalgen haben dank deren schützenden Substanzen eine beachtliche antioxidative Wirkung auf den Organismus.