CIBELESα "Kreislaufwirtschaft zur Entwicklung einer verbesserten Strategie für nachhaltige Aquakultur"

Abstract

Das Projekt validierte die Kopplung von Süßwasser‑Aquakultur und Mikroalgenkultivierung mit Fokus auf Phosphorrückgewinnung, Biomasseerzeugung und Wertstoffgewinnung. In Kaltwasser‑Durchflussanlagen erwiesen sich die gelösten Nährstoffgehalte (N/P) als zu niedrig und stark schwankend, sodass das Ablaufwasser für die Mikroalgenkultivierung ungeeignet war. Dagegen sind die partikulären Rückstände nutzbar: Durch Ansäuern auf pH 2 ließen sich 85–88 % des gebundenen Phosphors in Lösung überführen; eine Phytasebehandlung brachte keinen zusätzlichen Nutzen. Nach Neutralisation fällt ein Teil des Phosphats zwar aus, wird jedoch von Mikroalgen sukzessive wieder gelöst und verwertet. Um höhere Konzentrationen für die Dosierung zu erreichen, ist eine schonende Aufkonzentrierung (z. B. Verdampfung/Lyophilisierung mit anschließender Resuspension) zweckmäßig; zugleich ist mit chargenbedingten Schwankungen zu rechnen und die Fütterungsstrategie adaptiv auszulegen. Die Kultivierung von Phaeodactylum tricornutum in 6‑L‑Flachplatten‑Airliftreaktoren bestätigte die Eignung der rückgewonnenen Phosphatlösung: Es wurden 8,6 g/L Biomasse erreicht (≈14 g TS pro g verbrauchtem P). Die Biomasse enthielt 52–59 % Protein, 2,5–3,4 % EPA, 0,5–0,7 % Fucoxanthin und 5–7 % Chrysolaminarin. Schwebstoffe führten zeitweise zu Trübung und reduzierter Lichtausbeute, was die Bedeutung einer geeigneten Vorreinigung unterstreicht. Wirtschaftlich ist ein Bioraffinerie‑Ansatz mit Kaskadenextraktion (Proteine, Chrysolaminarin, Fucoxanthin, EPA) erforderlich; die größte Wertschöpfung liefern Fucoxanthin und Chrysolaminarin. Regulatorisch ist die Nutzung P‑haltiger Fraktionen als Wirtschaftsdünger für Futtermittel möglich, während für Lebensmittel/Kosmetik Novel‑Food‑Vorgaben und fehlende Zulassungen (u. a. für P. tricornutum) Einschränkungen setzen. Energiebedarf und Kosten werden von Elektrizität und CAPEX dominiert. Produktion plus Aufarbeitung erfordern 150–220 kWh/kg TS; Strom aus Biogas ist für 10 t/a Algen wegen des sehr hohen Substrat‑ und Flächenbedarfs nicht sinnvoll, wohingegen PV‑Eigenstrom kostengünstig und flächeneffizient ist. Insgesamt ist Nährstoffrückgewinnung aus Durchflussanlagen nur begrenzt sinnvoll; deutlich aussichtsreicher ist die Integration in Kreislaufanlagen mit Ammonium- bzw. Nitrat-reichem Prozesswasser. Die entwickelten Methoden sind auf andere P‑reiche Reststoffströme übertragbar. Für eine breitere Anwendung sind PV‑Eigenstrom, Prozessintensivierung, robuste Vorbehandlung und – bei Food/Kosmetik – ein klarer Zulassungspfad erforderlich.