Klimaneutrale, biobasierte Wirtschaft

Nachhaltige biotechnologische Produktionsmethoden sollen zukünftig besser in die industrielle Anwendung überführt werden. Der Einsatz von biobasierten Rohstoffen, zum Beispiel von Biomasse aus Mikroalgen, dient als Grundlage einer klimaneutralen biobasierten Wirtschaft. So sieht es die Regionale Innovationsstrategie des Landes Sachsen-Anhalt 2014 bis 2020 vor. Biofarbstoffe und Proteine sollen daher künftig industriell aus Mikroalgenbiomasse hergestellt werden können. Die angestrebten Produkte sollen die steigende Nachfrage aus der Pharma-, Nahrungsmittel- und Futtermittelindustrie nach ökologischen Alternativen decken.

Die Wissenschaftler haben nun ihre wissenschaftliche Expertise zur Analyse der verschiedenen verwendbaren Algenstämme, zu deren Kultivierung unter Freilandbedingungen sowie zur mathematischen Modellierung und Optimierung der gesamten Prozessführung in dem Verbundprojekt Emibex zusammengeführt.

Zunächst gilt es, die mixotrophe Prozessführung unter Laborbedingungen zu optimieren. Die Algen wachsen hierbei in Kombination sowohl per Photosynthese (autotroph) als auch mit Hilfe organischer Kohlenstoffquellen (heterotroph). Die mixotrophe Prozessführung vereint die Vorteile der Produktion Photosynthese-assoziierter Inhaltsstoffe (CO₂-Verwertung) mit der deutlich höheren Produktivität der heterotrophen Kultivierung, um eine wirtschaftlichere Produktion der Algeninhaltsstoffe zu erzielen. Verschiedene Algenstämme werden hinsichtlich mixotropher Prozessführung im Labor analysiert. Im Pilotmaßstab unter Freilandbedingungen sollen sie anschließend optimal kultiviert werden. Darüber hinaus müssen die gewünschten Produkte kosteneffizient aus der Biomasse extrahiert werden können.

Algenkultur nach mathematischen Modellen

Das Projekt wird fortlaufend durch mathematische Modellierung und Optimierung unterstützt. Gezielte Experimente können so besser geplant und erforderliche Steuereingriffe in der Prozessführung vorhergesagt werden. Unter schwankenden Freilandbedingungen (Sonnenlicht, Temperatur und Kohlendioxid) muss zum Beispiel eine optimale Kultivierung gewährleistet werden. Mit Hilfe mathematischer Modellierung wird dafür eine Prozessführung entworfen. Basierend auf den Labor- und Freilandergebnissen wird schließlich ein mathematisches Gesamtprozessmodell erstellt, um den Prozess standortspezifisch ökologisch und ökonomisch bewerten zu können.

Das Verbundvorhaben ist auf 2,5 Jahre ausgelegt. Es wird mit 1,2 Millionen Euro vom europäischen Struktur- und Investitionsfond (EFRE) gefördert.