Landmark | htw saar

Jochen Bauer, Peter Bergmann, Gerhard Braun, Anneliese Ernst, Benedikt Faupel, Verena Hanke, Otto Pulz, Andreas Kulakowski, Martin Sander, Benjamin Schmitt, Peter Ripplinger, Uwe Waller, Bert Wecker

Bild 1: Der erweiterte Fluid-Kreislauf bestehend aus dem primären Fluid-Kreislauf für die Fischproduktion, der sekundären Nährstoffentsorgung durch pflanzliche Produktion (Mikroalgen) und der Energierückführung zum Beispiel über Biogas-Fermentation und Verfahren zur Energiewandlung, wie zum Beispiel eine Kraft-Wärmekoppelung.

In der Aquakultur werden heute in zunehmendem Maß Fluid-Kreisläufe eingesetzt. Der grundlegende Prozess bzw. die Prozesskette sind bekannt und wurden in experimentellen Studien validiert. Die im Produktionsprozess anfallende partikuläre organische Substanz, die gelösten Nährstoffe (Stickstoff, Phosphor) und das Abgas (Kohlenstoffdioxid) unterliegen aber bislang keinem geregeltem Recycling und stellen ein Umweltproblem dar. Durch die Erweiterung der Prozesskette des Fluid-Kreislaufs könnten die Stoffströme einer umweltverträglichen Verwertung zugeführt werden. In Bild 1 ist das Schema eines sogenannten integrierten Fluid-Kreislaufs dargestellt. Der zentrale Prozess ist die Fischproduktion, aus der das Prozesswasser einer pflanzlichen Produktion zugeführt wird, womit die gelösten Nährstoffe und das Kohlenstoffdioxid aus dem Prozesswasser entfernt werden. Die pflanzliche Biomasse, hier Mikroalgen, kann entweder als Rohprodukt industriell verwertet werden oder wird einer Biogas-Fermentation zugeführt. Die Biogas-Fermentation kann ebenfalls die organischen Reststoffe aus der Fischproduktion (Futterreste, Faeces) verwerten. Das Biogas kann zum Beispiel über eine Kraft-Wärmekoppelung in den zentralen Produktionsprozess zurückgeführt werden.

Bild 2: Experimenteller Photobioreaktor bei der Erwin-Sander-Elektroapparatebau GmbH für die Produktion von Mikroalgen auf der Basis von Nährstoffen aus einem Fluid-Kreislauf für die Produktion von Fischen.

In einer ersten Projektphase standen grundlegende Laboruntersuchungen im Vordergrund, um einen Mikroalgen-Stamm zu identifizieren, der in Photobioreaktoren (Bild 2) mit hoher Effizienz produziert werden kann. In verschiedenen Experimenten wurde die Wachstumsleistung verschiedener Mikroalgen-Stämme im Prozesswasser eines Fluid-Kreislaufs untersucht. Dazu wurden Mikroplatten verwendet (Bild 3). Mit Mikroplatten können viele kleinvolumige Mikroalgen-Kulturen parallel untersucht werden. Die Wachstumsleistung der verschiedenen Kulturen wurde mit einem automatischen Photometer gemessen (Bild 4).

Bild 3: Detailbild einer Mikroplatte zur Untersuchung des Wachstums von Mikroalgen unter verschiedenen Bedingungen. Einzelne Kulturen haben ein Volumen von einem Kubikzentimeter. Schnell wachsende Kulturen sind an der intensiveren Grünfärbung zu erkennen.