Nachhaltige Biofarbstoffe und Proteine industriell aus Algenbiomasse gewinnen

Ein neuer Forschungsverbund, bestehend aus der Hochschule Anhalt, dem Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna und dem Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg, vereint künftig die Kompetenzen auf dem Gebiet der Mikroalgenforschung. Ziel ist es, Biofarbstoffe und Proteine aus Mikroalgenbiomasse industriell herstellen zu können. Die Algenbiomasse soll dabei unter variabler Nutzung sowohl von Sonnenlicht und Kohlendioxid als auch von organischen Nährstoffen gewonnen werden. Das Verbundvorhaben wird mit 1,2 Millionen Euro aus dem europäischen Struktur- und Investitionsfond (EFRE) gefördert.

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 unter variabler Nutzung sowohl von Sonnenlicht und Kohlendioxid als auch von organischen Nährstoffen gewonnen wird. Die angestrebten Produkte sollen die steigende Nachfrage aus der Pharma-, Nahrungsmittel- und Futtermittelindustrie nach ökologischen Alternativen decken.

Wissenschaftler der Hochschule Anhalt am Standort Köthen, des Fraunhofer-Zentrums für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna und des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg 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.

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

Quelle: Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB)