Heterotrophe Algenzucht

Die Fermentation von Mikroalgen ist ein Ansatz zur Algenproduktion, ohne die aufwendige Versorgung mit Licht sicherstellen zu müssen. In der heterotrophen Algenzucht werden die Algen-Zellen statt mit CO2 mit anderen Kohlenstoffquellen wie Zucker oder Essigsäure zum Wachstum gebracht.

Kultivierung von Mikroalgen, Moosen, Farnen und anderen Pflanzenzellen

Die Kultivierung von Mikroalgen und anderen phototrophen Mikroorganismen hat zu einem globalen Schub in der Entwicklung von Photobioreaktoren geführt. Zur optimalen Versorgung mit Licht und für einen hohen Ertrag gilt es dabei, die Mikroalgen in möglichst dünnen Schichten zu kultivieren. Nur so sind die Algen oder Pflanzenzellen in der Lage, zugeführtes CO2 zum Aufbau ihrer Biomasse über die Photosynthese zu nutzen. Die Lichtversorgung führt in Photobioreaktoren aber auch zu einem aufwendigen technischen Aufbau, einer Vielzahl von kontaminationsanfälligen Oberflächen sowie einem großen Energieaufwand in der Produktion.

Bei der Kultivierung in einem geschlossenen Bioreaktor können diese Risiken minimiert werden. Die Oberfläche der Behälter wird im Verhältnis zum Volumen reduziert und alle Anlagenteile können bei Bedarf mit Dampf sterilisiert werden. Der Energieverbrauch wird während der Kultivierung auf die beim Rühren und Durchmischen der Kultursuspension ohne nennenswerte Wandreibungs-Verluste verwendete Menge reduziert. Insgesamt hat die Produktion phototropher Organismen in geschlossenen Bioreaktoren zusätzlich den Vorteil, dass auch extrem empfindliche Spezies kultiviert werden können, die in phototrophen Anlagen dem Konkurrenzdruck von Kontaminationen erliegen oder von den dort verwendeten Misch- und Fördereinrichtungen verletzt werden.

Heterotrophe Kultivierung

Mit der Verwendung von geschlossenen Bioreaktoren für die besonders reine Zucht von Algen und anderen phototrophen Organismen muss eine Alternative zu der Versorgung mit Licht verwendet werden. Während die Photosynthese den Kohlenstoff-Bedarf der Organismen über CO2 und die Energie aus Licht phototroph füllt, muss in der heterotrophen Kultivierung eine andere Kohlenstoffquelle zugeführt werden. Dazu haben von einigen Ausnahmen abgesehen viele der phototrophen Organismen Fähigkeiten zur Aufnahme anderer Kohlenstoffquellen als CO2 entwickelt. Die Ernährung mit Zucker oder Essigsäure (Acetat) ermöglicht es diesen Organismen in der Natur auch im Dunkeln, etwa in tieferen Boden- oder Gewässerschichten, zu leben. Damit verschaffen sie sich einen Vorteil in der Evolution der Arten.

In den Nährmedien von phototrophen Organismen muss daher neben den für das Wachstum in beiden Verfahren notwendigen Stickstoff- und Phosphorquellen für die heterotrophe Zucht eine Kohlenstoffquelle beigemischt werden. Was sich zunächst erschwerend anhört, bewirkt aber einen bemerkenswerten Anstieg der volumenbezogen Produktion. Während in Photobioreaktoren nur in den seltensten Fällen Algen-Trockenmasse-Konzentrationen von mehr als 3 g/l erreicht werden, so erreichen heterotrophe Prozesse leicht das 10 bis 20-fache dieser Zelldichte. So kann auf wesentlich weniger Fläche deutlich mehr und auch hochwertige Biomasse als in Photobioreaktoren erzeugt werden.