Innovationsraum: Innovationsraum: BaMS - ÖkoPro - Ökonomische Prozessketten der aquatischen Bioökonomie auf Norddeutschen Biogasbetrieben (Teilprojekt 1) - Umsetzungsphase

Abstract

Das Projekt ÖkoPro verfolgte das Ziel, aquatische Bioökonomie auf landwirtschaftlichen Biogasanlagen durch die Kopplung von Mikroalgenproduktion, Nährstoffrückgewinnung und nachgeschalteter Verwertung praktisch zu erproben und zu bewerten. Für 3N lag der Schwerpunkt dabei auf der Gesamtkoordination des Verbundes, der Zusammenführung und fachlichen Einordnung der Ergebnisse sowie auf eigenen Arbeiten zur Systemintegration, zu Wasser- und Nährstoffströmen, zur Ernte von Algenbiomasse und zu Verwertungspfaden über Insekten und Biogas. Im ersten Projektjahr standen die organisatorische Strukturierung des Verbundvorhabens, die Aktivierung des Partnernetzwerks und die Vorbereitung der praktischen Arbeiten im Vordergrund. 3N organisierte die regelmäßigen Jour-fixe-Termine, begleitete die Abstimmung der Meilensteine, koordinierte den Probenversand und sprach Biogasanlagen im norddeutschen Raum für die Beprobung von Oberflächenwasser an. Auf diese Weise wurde eine belastbare Grundlage geschaffen, um Wasserqualitäten standortübergreifend zu erfassen und ihre Eignung für eine spätere Algenkultivierung zu bewerten. Ein zentraler Arbeitsbereich von 3N war die Auswertung der Wasserproben von 21 Biogasanlagen. Die Daten zeigten, dass die untersuchten Oberflächenwässer keine einheitliche Qualität aufweisen, sondern ein breites Spektrum von nährstoffarmen bis deutlich angereicherten Medien abbilden. Maßgeblich für die Einordnung waren vor allem Ammonium-Stickstoff, Nitrat-Stickstoff, Gesamtstickstoff, Phosphor, pH-Wert sowie organische und mineralische Anteile. Daraus wurde deutlich, dass manche Wasserqualitäten grundsätzlich als Rohwasserbasis für eine Algenproduktion in Betracht kommen, andere hingegen nur nach Ergänzung oder prozesstechnischer Anpassung nutzbar wären. Parallel dazu begleitete 3N die Entwicklung und Bewertung von Verfahren zur Ernte und Aufkonzentrierung der Algenbiomasse. Zunächst wurden Flockungshilfsmittel wie Stärke und Chitosan erprobt, diese Arbeiten wurden jedoch aufgrund geringer Probenmengen und begrenzter Erfolgsaussichten nicht weiterverfolgt. Größere Bedeutung gewann die Cross-Flow-Filtration, die in unterschiedlichen Medien wie Algenmedium, Oberflächenwasser und Flüssigphase von Gärresten untersucht wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass eine deutliche Aufkonzentrierung der Algenbiomasse im Konzentrat und zugleich eine klare Filtratphase erreichbar ist, sodass das Verfahren grundsätzlich für eine technische Anwendung in solchen Prozessketten geeignet erscheint. Im weiteren Projektverlauf rückte die Verwertung der erzeugten Biomasse stärker in den Vordergrund. Im UA wurden Insektenfütterungsversuche mit Hermetia illucens durchgeführt, bei denen unterschiedliche algenhaltige Fütterungssysteme untersucht wurden. In den frühen Versuchen führte eine steigende Algenzugabe im Gainesville-Substrat zu höheren Larvengewichten, höheren Erträgen und zu einer Nährstoffverdichtung der Larvenbiomasse. Spätere Versuche zeigten zudem, dass auch die im Projekt selbst erzeugte Algenbiomasse aus dem Reaktorsystem der B.E.S.-Anlage erfolgreich in die Insektenfütterung integriert werden konnte und insbesondere in nährstoffarmen Fütterungssystemen einen eigenständigen ernährungsphysiologischen Beitrag leistete. Mit den Fütterungsversuchen war zugleich die Frage verbunden, wie die entstehenden Reststoffe weiter genutzt werden können. Deshalb wurden Frass-Proben nicht nur analytisch hinsichtlich ihrer Nährstoffzusammensetzung untersucht, sondern auch biogastechnisch bewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Frass grundsätzlich ein verwertbares Biogassubstrat darstellt. Vor dem Hintergrund der bereits zuvor erzielten Wertschöpfung durch die Insektenproduktion bestätigt dies dennoch den Grundgedanken einer gestuften Kaskadennutzung, in der Algenproduktion, Insektenmast und energetische Reststoffverwertung miteinander verknüpft sind. Ein weiterer Baustein der Arbeiten von 3N war die Untersuchung der Nährstoffzehrung ausgewählter Algen in einem ammoniumreichen Medium aus dem Schwesterprojekt VACO. Ziel war es, zu prüfen, ob ein aus ammoniakhaltigen Brüden erzeugtes Medium als Stickstoffquelle für die Algenkultivierung dienen kann. Die Versuche zeigten, dass zwar hohe Ammoniumkonzentrationen vorlagen, die Nährstoffaufnahme der Algen anfangs jedoch nur begrenzt einsetzte. Erst durch die ergänzende Zugabe von Phosphor wurde eine deutlichere Nährstoffzehrung erkennbar. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass nicht allein die Verfügbarkeit von Stickstoff, sondern das Zusammenspiel der Nährstoffe über die Eignung eines Mediums für produktive Algenkulturen entscheidet. Neben den experimentellen und analytischen Arbeiten übernahm 3N im gesamten Projektzeitraum eine tragende Rolle bei Öffentlichkeitsarbeit und Know-how-Transfer. Ergebnisse wurden auf Symposien, Messen, Stammtischen und weiteren Fachveranstaltungen vorgestellt, innerhalb des Projektverbundes aufbereitet und in Richtung Praxispartner, Netzwerke und potenzielle Verwertungspfade kommuniziert. Damit diente 3N nicht nur als koordinierende Stelle, sondern auch als Übersetzer zwischen wissenschaftlich-technischen Ergebnissen und praktischer Anwendbarkeit auf landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Insgesamt zeigt der Projektverlauf, dass 3N wesentlich dazu beigetragen hat, die unterschiedlichen Projektbausteine zu einem zusammenhängenden bioökonomischen Gesamtkonzept zu verbinden. Das Projekt liefert damit aus Sicht von 3N einen wesentlichen Erkenntnisgewinn für die Entwicklung aquatischer Bioökonomie auf Biogasanlagen. Es zeigt, dass die Kopplung von Wasser- und Nährstoffströmen mit Algenproduktion, Insektenverwertung und energetischer Reststoffnutzung grundsätzlich technisch möglich und systemisch sinnvoll ist. Ebenso deutlich wurde jedoch, dass für eine wirtschaftlich tragfähige Umsetzung eine standortspezifisch geeignete Nährstoffbasis, eine stabile Prozessführung und realistische Verwertungspfade erforderlich sind.