Flüssige Landwirtschaft

Algen können auch ohne Licht

Wie Johannes schon in seinem Beitrag vor zwei Wochen geschrieben hat: Algen müssen nichts essen. Das heißt, sie brauchen keine organische Kohlenstoffquelle (wie z.B. Zucker), sondern basteln sich ihre eigene aus CO₂, Wasser und Licht. Also so wie Pflanzen. Eine weitere Besonderheit von Mikroalgen⁴ ist allerdings: Sie können sehr wohl von Zucker leben und kommen deshalb auch ganz ohne Licht aus, wenn es sein muss! Man nennt das dann heterotroph (im Gegensatz zu autotroph, also „selbsternährend“) und das ist im Prinzip das gleiche, was auch Tiere und Pilze machen. Es gibt Produktionsweisen, die bei denen Algen unter autotrophen und solche, bei denen sie unter heterotrophen Bedingungen wachsen. Beides hat Vor- und Nachteile abhängig u. a. vom Standort. Setzt man auf Tageslicht als Lichtquelle, unterliegt die Produktion Schwankungen im Tages- und Jahresverlauf. Im Gegenzug steht diese Energiequelle aber kostenlos zur Verfügung. Bei einer heterotrophen Produktion ist man nicht so sehr von äußeren Bedingungen abhängig, das macht auch den Output planbarer⁵. Allerdings muss man bei einer solchen Produktion Zucker von außen hinzugeben. Das wirkt zunächst so, als würde man den großen Vorteil der Algen (nämlich dass sie einfach Sonnenlicht zum Wachsen nutzen können) verspielen. Aber neben der besseren Kontrollierbarkeit der Bedingungen hat eine heterotrophe Produktion noch einen Vorteil: Sie braucht weniger Fläche. Bei einer autotrophen Produktion ist es für die Effizienz ein Schlüsselfaktor, dass möglichst viele Algen belichtet werden. Deshalb werden sie in großen Becken oder verzweigten Reaktoren zirkuliert. Wenn Licht kein limitierender Faktor ist, sind stattdessen kompakte Reaktoren möglich. Bei Konferenzen habe ich mitbekommen, wie sich Experten vortrefflich darüber streiten können, wann welche Produktionsweise mehr Sinn macht. Letztendlich hängt es sicherlich von den Umständen am jeweiligen Produktionsort ab: Ist Fläche limitiert? Wie groß sind die natürlichen Schwankungen der Lichtintensität? Ist eine günstige Zuckerquelle lokal verfügbar (z. B. aus Reststoffen)? Außerdem gibt es auch Zwischenformen, bei denen die Algen „mixotroph“ wachsen und sich mal von Licht und CO₂, mal von Zucker ernähren. Autotrophe Systeme können durch eine Zugabe von optimiert werden⁶.

Fotos: Algenreaktoren von MINT⁷ (am Stand des Bioökonomierats auf der Grünen Woche 2017⁸) und Subitec⁹ (am Stand des BMBF auf der ACHEMA 2018). Achso, und ich wie ich irgendwelche Algen aus einem Teich ziehe (irre, wie schnell Algen wachsen, wenn Temperatur, Licht und Nährstoffe ausreichend vorhanden sind). (Fotos: © Martin Reich)

Neue Kreisläufe und technische Hürden

Wie auch in meinen Beiträgen zu Insekten und Pilzen will ich kurz deutlich machen, welche Rolle Algen in einer zukünftigen Kreislaufwirtschaft spielen können. Bei der Erzeugung von Biogas fallen z. B. neben Wärme und CO2 auch schwer abbaubare Gärreste als Nebenprodukte an. Passenderweise kann alles drei für die Produktion von Algen verwendet werden¹⁰. Es müsste also kein zunächst aus Pflanzen gewonnener Zucker für die Produktion verwendet werden. Die Nährstoffe, die sich die Algen aus dem Wasser holen, sind ebenfalls eine Voraussetzung für ihr Wachstum. Es wird daran geforscht, z. B. Abwasser zu diesem Zweck zu nutzen¹¹. Mit solchen Konzepten könnten Algen bisher ungenutzte Rohstoffe mit bereits vorhandenen Kreisläufen verschränken oder auch ganz neue Kreisläufe schließen. Ein wichtiges Ziel, wenn man eine nachhaltige Bioökonomie voranbringen will.

Solche Ideen für Reststoff- und Kreislaufnutzung sind für die Zukunft der Algenwirtschaft enorm wichtig, weil sie die Gesamteffizienz in wirtschaftlicher Hinsicht aber auch in Bezug auf die Umweltbelastung (sinkender Bedarf an Wasser und Nährstoffen wie Stickstoff und Phosphor) steigern können. Denn noch ist die Produktion nur lukrativ, wenn es um relativ geringe Mengen von relativ hochwertigen, also teuren, Stoffen, wie zum Beispiel Farbstoffe oder Nahrungsergänzungsmittel geht. Für die Produktion von Kraftstoff oder Protein für die Ernährung ist die Produktion, zumindest in unseren Breiten, nicht effizient genug bzw. schlicht zu teuer. Große Posten sind dabei der Energieaufwand für die Durchmischung der Kultur zur gleichmäßigen Zufuhr von Licht, die Aufbereitung der Biomasse nach der Ernte durch den hohen Anteil an Wasser (Filtrierung, Trocknung) und die Arbeitskraft. Gleichzeitig sind Licht- und Temperaturverhältnisse bei uns nicht optimal. Für eine ganzjährige Produktion müsste insbesondere im Herbst und Winter künstlich belichtet und/oder geheizt werden. Aber stellt euch vor, wir könnten zumindest einen Teil unserer Energie und Nahrung direkt in der Stadt produzieren! Das würde andernorts wertvollen Ackerboden sparen.

Was sagt der Experte?

Ich habe mit Sebastian Weickert gesprochen, der bei seiner Arbeit an der Uni Hohenheim am Potenzial der Mikroalgenproduktion forscht, und ihn um eine Einschätzung gebeten, was die Schlüsselfaktoren für einen Erfolg der Mikroalgenproduktion in Deutschland sind:

„Schlüsselfaktoren sind vor allem die vollständige Kreislaufnutzung von Wasser und Nährstoffen, die gleichzeitige Gewinnung mehrerer Produkte, sprich hoch-, mittel- und niedrigwertige Extrakte aus einer Ausgangsbiomasse in einem Bioraffinerie-Szenario. Außerdem sind Auswahl und Kultivierung von Mikroalgen, die an die klimatischen Bedingungen des Kultivierungsstandortes angepasst sind, essentiell. Insbesondere der letzte Punkt ist problematisch, da nur eine Hand voll Mikroalgenspezies und Extrakte im Bereich der Herstellung von Lebens- und Futtermittel zugelassen sind und der Zulassungsprozess aufgrund der Novel Food Regulation der EU mit einem hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand verbunden ist. Des weiteren sind der Bau und der Betrieb großflächiger Anlagen mit hohen Investitions- und Produktionskosten verbunden, welche vor allem die Nahrungsmittelindustrie aber auch die chemische Industrie derzeit von Investitionen in unsere Branche abschrecken.“

Auch in der Erforschung unterschiedlicher Vorteile von autotropher (mit Licht, schön blubbernde grüne Rohre) und heterotropher (ohne Licht, in großen Fermentern) Produktion sieht Sebastian Weickert einen wichtigen Schwerpunkt:

„Unsere Aufgabe ist es daher, Lösungen zu finden, wie wir ökologisch aber auch ökonomisch nachhaltig Mikroalgen in Deutschland in großen industriellen oder in vielen kleinen Anlagen im ländlichen Raum kultivieren können. Eine Lösung wäre zum Beispiel die Kultivierung von Mikroalgen ohne Licht in Fermentern. Diese Art der Kultivierung ist unabhängig von den klimatischen Bedingungen des Standorts, verursacht geringere Kosten und kann ganzjährig durchgeführt werden. Jedoch wird anstelle von Kohlenstoffdioxid und Licht Zucker als Nährstoff benötigt, was sich nachteilig auf die Umweltbilanz auswirkt. Die Vor- und Nachteile der beiden Kultivierungsarten müssen am Ende miteinander verglichen werden, um ein Urteil bilden zu können.“

Algen als Proteinquelle der Zukunft

Makroalgen kennt man vor allem aus der asiatischen Küche, wo sie weit verbreitet sind. Man rollt Sushi in ihnen ein oder hat sie im Salat. Bisher sind Mikroalgen hingegen vor allem wegen ihrer gesunden Fettsäuren (Omega-3), ihrer Vitamine oder als Farbstoff in relativ geringen Mengen in Lebensmitteln enthalten. Um als Proteinquelle wirklich interessant zu werden, müsste man sie in größeren Mengen zusetzen. Bisher findet man sie allerdings mengenmäßig meist noch eher als Zusatz von einigen % vor. Denn in Licht kultivierte Algen haben meist einen starken Eigengeschmack, leicht fischig oder nach Gras¹² und den Produkten meist auch eine bestimmte Farbe verleihen. Das reine, aus dem Algen isolierte Protein hingegen hat dieses Problem nicht, hat aber leider bisher keine Zulassung als Lebensmittel. Es muss als sog. Novel Food¹³ zunächst die vorgeschriebenen Prüfungen durchlaufen und den Nachweis erbringen, für die menschliche Ernährung geeignet zu sein. Und genauso wie in Pflanzen haben auch Proteine in Algen eine etwas unvorteilhafte Konsistenz und die daraus hergestellten Produkte die typische „Tofu-Textur“. Wie bei pflanzlichen Proteinen soll hier der Prozess der Extrusion helfen¹⁴. Daran wird u.a. in Göttingen geforscht¹⁵.

Fotos: Auf der PROTEINA 2018¹⁶, einem Symposium zu Proteinquellen in Magdeburg, waren Algen das große Thema. Dort konnte ich mir neue Produkte ansehen und probieren und mit Expertinnen und Experten über ihre Algen sprechen. (Fotos: © Martin Reich)

Wenn technologische Fortschritte und innovative Ideen die Effizienz der Algenproduktion weiter optimieren und regulatorische Hürden genommen sind fehlt dann noch die Königsdisziplin aller neuer Lebensmittel: Die Akzeptanz der Verbraucher. Auch hierzu wird fleißig geforscht¹⁷.

Ich selbst kann nur an meiner eigenen Akzeptanz experimentieren und forschen (n = 1). Ich habe mich also auf die Suche nach Produkten mit Algen gemacht und mich diesen schonungslos ausgesetzt…

Selbstversuche (und Versuche an Freiwilligen)

Johannes hat ja im letzten Beitrag schon eindrücklich gezeigt, wie man Algen zum Eigengebrauch sogar zu Hause anbauen kann! Eine tolle Sache, die ich nach seiner Anleitung demnächst unbedingt auch machen will.
Auch wenn ich den Begriff „Super Food“ vermeide, Algen haben tatsächlich einige Ernährungsphysiologische Vorteile. Vor allem Veganer profitieren vom hohen Gehalt an Vitamin B12. Die Omega-3-Fettsäuren, der hohe Protein- und Fasergehalt ist auch für alle anderen eine feine Sache. Also unabhängig davon, ob die Produktion in Zukunft in großem Stil effizient und nachhaltig wird: Algen können auf jeden Fall ein gesundes Puzzleteil im Mosaik unserer zukünftigen Ernährung werden. Zu diesem Fazit komme ich natürlich nicht nur einfach so, ich habe eine fundierte Testreihe vorzuweisen:

Algenpasta

Riementang (Himanthalia elongata) ist eine Braunalge, die normalerweise an den Küsten von Ost- und Nordsee rumdümpelt. Letztens fand sie sich allerdings in meinem Kochtopf wieder, als ich „Seaweed Pasta“ probiert habe. Das ist einfach nur eine (teure) Handvoll Algen, die direkt aus dem Meer geerntet wird¹⁸. Salzig ist sie schon, da muss man also nicht mehr nachhelfen. In Rezensionen im Internet hatte ich gelesen, dass man die Algen ruhig länger kochen soll. Das habe ich getan und innerhalb weniger Minuten verbreitete sich der fischige Geruch, den man von flachen, brackigen Küstengewässern kennt. Die Konsistenz war dann tatsächlich wie die von Nudeln. Der starke Geruch hat mir allerdings etwas zu schaffen gemacht…habe die Algen zwar auch noch angebraten und gewürzt, das nächste Mal würde ich sie dann aber doch etwas sparsamer einsetzen bzw. mit anderen Zutaten verdünnen. So pur einen Mund voll davon war mir zu extrem. Kurz: Ich musste sie alleine essen. Und danach „gefälligst“ lüften.

Algenspeck

Ja wirklich, Speck. Oder eher „Speck“, um nicht gleich wieder Fleischliebhaber gegen mit aufzubringen. Blättrige Braunalgen kann man schön knusprig anbraten und als eine Art Speck-Ersatz nutzen. Natürlich gesalzen sind die Algen schon und zwar nicht zu knapp. Habe den Algen-Speck als Snack gegessen und auch den Kollegen angedreht und er schmeckt echt lecker (aber natürlich nicht nach Speck). Der Nachgeschmack ist etwas streng und man muss aufpassen, dass nichts anbrennt. Ich glaube, ich hätte kürzer braten müssen. Richtig gebraten kann ich mir das z. B. als spezielles Topping auf einem Salat gut vorstellen!

Algen-Getränke

Makroalgen können aber auch Produkten beigemischt werden. Es gibt zum Beispiel Algenbier, das Lappentang (Palmaria palmata) enthält. Der soll dem Bier eine süßliche und gleichzeitig salzige Note geben. Wenn man es weiß, meint man es herauszuschmecken. Auch alkoholfreie Getränke mit Mikroalgen gibt es inzwischen einige. Probiert habe ich den Saft Olga und die Algenlimo Helga (beides mit der Mikroalge Chlorella). Beide schmecken super, aber wieder: Geschmacklich fallen die Algen kaum auf, höchstens durch einen leicht grasigen Eigengeschmack. Ein Ziel solcher subtilen Beimischungen in Alltagsprodukte ist es, Algen als mögliches Lebensmittel überhaupt erstmal in die Köpfe der Verbraucherinnen zu bekommen. Da Algen eben einen speziellen Eigengeschmack haben, will man auf der anderen Seite aber nicht gleich alle vergraulen¹⁹.

Algenschokolade

Das Start-up Algenheld hat sich entschlossen, eine Schokolade mit ganzen 12,5 % Spirulina-Alge unter die Leute zu bringen. Bei einem solchen Anteil bleibt auch ein Algengeschmack nicht mehr aus. Ich finde, er passt sehr gut zum herben Geschmack der dunklen Schokolade.

Zukunftsvision 2030

Auf dem Weg nach Hause kommst Du an einem der Hochhäuser vorbei, die vor einiger Zeit mit Algenreaktoren verkleidet wurden. Das sieht ziemlich abgefahren aus und soll außerdem im Sommer warmes Wasser für die Wohnungen liefern. Vor kurzem hast Du auch gelesen, dass ganz neue Algensorten gezüchtet wurden die auch mit wenig Licht schnell genug wachsen, um für die Nahrungsproduktion sinnvoll zu sein. Auch der Geschmack ist bei den neuen Sorten anders, nicht mehr so fischig. Die Produktionsmengen steigen Jahr für Jahr und man kann sich privat eine Anlage am Haus anbringen lassen. Ab und zu kaufst Du dir mal Brot mit Algenprotein oder isst in einem Restaurant ein Gericht mit Algen. Manche Restaurants haben sogar schon ihre eigene Algenfarm auf dem Dach. Dort wird angeblich das ganze Jahr produziert, im Sommer draußen mit grünen Algen und im Winter drin im Dunkeln. Ein Kumpel von dir Züchtet sogar seine eigenen Algen zu Hause! Die Anleitung gibt’s online und Du willst das demnächst mal nachbauen. Das wird sich gut machen neben deinem vertikalen Gemüsegarten und der Pilzkultur im Keller. Vielleicht lässt sich daraus sogar ein Kreislauf machen?

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Martin Reich

Martin ist Mitgründer von Progressive Agrarwende und promovierter Biologe. Während seiner Promotion hat er vor allem an der Nährstoffeffizienz von Nutzpflanzen geforscht. Heute ist er in der Life Science Kommunikation und als wissenschaftlicher Referent für Themen wie Bioökonomie, Biotechnologie und Ernährung tätig.

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1. https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2013/13-06-07-Aufwind.html?nn=1414748
2. https://www.fnp.de/lokales/kreis-gross-gerau/wissenschaftler-zuechten-meersalat-biogasanlage-10757185.html
3. https://modernfarmer.com/2018/06/could-algae-replace-grain-in-cattles-diet/
4. Ich werde in diesem Beitrag vor allem über Mikroalgen sprechen, also einzelligen Organismen. Das sind die, die man in Algenreaktoren oder offenen Becken wachsen sieht und die u.a. für die maßgeschneiderte Produktion von allerlei Stoffen verwendet werden. Makroalgen, das sind die großen Algen, die man z. B. von Meeresküsten oder aus dem Sushi-Restaurant kennt.
5. https://biooekonomie.uni-hohenheim.de/113841?tx_ttnews%5Btt_news%5D=35994&cHash=9c6dac683c45251a831d71ca95fda68e
6. https://www.chemie.de/news/133242/auswirkungen-der-produktionsweise-von-mikroalgen-auf-die-produktion-von-biokraftstoffen-der-zukunft.html
7. https://www.mint-engineering.de/de/start/
8. https://biooekonomierat.de/aktuelles/lebenswelt-biooekonomie-bei-der-naturetec-2017/
9. https://subitec.com/de
10. Ob das funktioniert, testet gerade Stefan Sebök an der Uni Hamburg https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/reststoffe-aus-biogasanlage-als-futter-fuer-algen
11. https://www.igb.fraunhofer.de/de/forschung/kompetenzen/umweltbiotechnologie/mikroalgentechnologie/algenbiomassenutzung.html
12. https://biooekonomie.uni-hohenheim.de/113841?tx_ttnews%5Btt_news%5D=35994&cHash=9c6dac683c45251a831d71ca95fda68e
13. https://www.bzfe.de/inhalt/novel-food-was-ist-das-1042.html
14. Mehr dazu in meinem letzten Beitrag: https://progressive-agrarwende.org/vegan-2-0-jetzt-erst-recht/
15. https://www.goettinger-tageblatt.de/Campus/Goettingen/Goettinger-Wissenschaftler-forschen-zu-essbaren-Algen
16. https://ppm-magdeburg.de/proteina-2018/
17. https://biooekonomie.de/nachrichten/algen-pasta-bevorzugt
18. https://seamorefood.com/about/harvest/
19. https://www.deutschlandfunk.de/limo-und-bier-mit-meeresnote-algen-gegen-den-durst.697.de.html?dram:article_id=413835