Zucker aus Algen

Zuckerrohr und Zuckerrübe – zukunftsfähige Rohstoffe für Zucker?

Zucker galt noch vor einigen Jahrhunderten als Luxusartikel und war nur den oberen Schichten der Gesellschaft vorbehalten, da er ausschließlich über Importe von Zuckerrohr aus den mittleren Breiten der Welt verfügbar war.

Die klimatischen Verhältnisse in den mitteleuropäischen Ländern waren nämlich ungünstig für den Anbau des Zuckerrohrs, welcher zu diesem Zeitpunkt den einzigen Zuckerlieferant darstellte. Erst Anfang des 19. Jahrhunderts mit dem Beginn der industriellen Revolution in Europa gewann der Anbau der Zuckerrübe und die Zuckererzeugung aus ihr an Bedeutung und schon bald gehörte Zucker zur alltäglichen Zutat in der Küche.

Mittlerweile ist ein Leben ohne die Verfügbarkeit von Zucker gar unvorstellbar, jeder Deutsche verbraucht etwa 36 kg Zucker im Jahr.

Zurzeit beruht die globale Zuckererzeugung vor allem auf den Anbau von Zuckerrohr in tropischen und subtropischen Regionen und der Zuckerrübe in Mitteleuropa und den USA. Die globale Gesamterzeugung liegt etwa bei 150 Mio. Tonnen, wobei der Anteil des Rohrzuckers bei etwa 75 % liegt (Stand 2006).

Beide Arten der Zuckergewinnung stoßen derzeit jedoch möglicherweise schon an ihre Grenzen.

Auf der einen Seite stagniert die Erzeugung von Rübenzucker in der Europäischen Union im Moment durch begrenzte Anbauflächen, während sein Absatz nur durch staatliche Subventionen der EU-Mitgliedsländer ermöglicht wird.

Auf der anderen Seite scheint der Zuckerrohrmarkt unaufhörlich weiter zu wachsen.

In südamerikanischen Ländern wie Brasilien, in denen Zuckerrohr hervorragend gedeiht, ist der Anbau sehr günstig und die Lohnkosten der Erntehelfer fallen sehr gering aus, die Zuckerrohrernte steigt auch von Jahr zu Jahr. Hierbei wird das Flächenproblem jedoch durch starkes Abholzen des Regenwaldes bekämpft, die jährlich abgeholzte Gesamtfläche in Brasilien beträgt so mehr als 500.000 Quadratkilometer[1], welches allerlei Umweltprobleme wie beispielsweise Bodenerosion und Desertifikation mit sich zieht. Vor allem aber wirkt sich die Rodung des Regenwaldes direkt verstärkend auf den Klimawandel aus: Durch das Feuer fällt Kohlenstoffdioxid an, während gleichzeitig weniger Bäume zur Bindung des CO2 zur Verfügung stehen. Auch die teilweise problematische Ausbeutung von Arbeitern und vor allem die illegale Nutzung von Kindern als Arbeitskräfte stehen in der internationalen Kritik.

 

Die Vorzüge des Algenzuckers

Cyanobakterien, auch bekannt als Blaualgen, gelten als „Erfinder“ der pflanzlichen Photosynthese vor 3,5 Milliarden Jahren, der Grundlage für die Entstehung allen höheren Lebens auf der Erde. Im Prinzip beschreibt die Photosynthese den Prozess der Umsetzung von Lichtenergie in chemische Energie. Hierbei reagieren Kohlenstoffdioxid und Wasser mithilfe von Sonneneinstrahlung miteinander zu Glucose, welche später in Atmungsprozessen der Zellen gebraucht wird. Der für uns Menschen lebenswichtige Sauerstoff fällt hierbei als Nebenprodukt an.

Der Grundgedanke für die Gewinnung von Zucker aus Algen hatte ihren Ursprung in der Beobachtung der Symbiose zwischen Flechte und Algen. Die Flechte liefert der Alge Wasser und wichtige Ionen, welche sie im Gegenzug mit Zucker versorgt. Somit sollte es durch Weiterentwicklung auch den Menschen gelingen, von den Algen Zucker abzugreifen und für den Verzehr und Verkauf aufzubereiten.

Algen als Rohstoff könnten in Zukunft eine realistische Alternative zur konventionellen Zuckererzeugung aus Zuckerrohr und Zuckerrübe darstellen. Im Folgenden werden die Vorzüge des Algenzuckers im Vergleich zu den bisher üblichen „Zuckerarten“ aufgeführt.

 

Während Zuckerrohr und Zuckerrübe begrenzte Ackerflächen und saisonbedingte Erntezeiten aufweisen, sind Algen von diesen Problemen nicht betroffen. (So dauert die sogenannte Kampagne, dem Zeitraum, die die Zuckerrübe bis zur Ernte benötigt, 180 Tage, entsprechend für das Zuckerrohr).

 

Es gibt verschiedene Wege Algen anzubauen:

  • In Bioreaktoren, deren Vorteil vor allem in der gut kontrollierbaren Licht- und Nährstoffversorgung der Algen liegt, welche durch die bisher kostenaufwendigen  Methoden hier eher wissenschaftlichen Zwecken dienen.
  • In Aquakulturen: Algen werden unter freiem Himmel in fließenden und stehenden Gewässern (Teichen und Flüssen) gehalten oder in Netzgehegen im freien Meer, ähnlich wie in der Fischzucht
  • Direkte Kultivierung im Meer: durch Zugabe von Eisen(II)-Ionen, wie z. B. aus Eisen(II)-sulfat, ist es möglich die Algenbestände in der Tiefsee erheblich zu steigern[2], die Kultivierung im Meer ist wohl die größte Flächenabdeckung im Algenanbau.

 

Durch die enorme Wachstumsgeschwindigkeit der Algen ist eine breitflächige Ernte in Abständen von nur wenigen Wochen erreichbar.

Vorantreibung des Klimawandels, Bodenerosion und Desertifikation in Regenwaldgebieten durch Rodung und aggressive Bodennutzung, in Folge dessen Anbauflächen für Zuckerrohr nur 5-8 male beerntet werden können, da der Boden ausgelaugt wird und nicht mehr nutzbar ist, sind Probleme, die die Algenkultivierung nicht vorweist.

Tatsächlich wirkt man dem Klimawandel im Kleinen entgegen, da Algen das Kohlenstoffdioxid aus der Luft binden und den Treibhauseffekt verringern.

 

Zuckerrüben und Zuckerrohr haben ungefähr den gleichen Zuckergehalt von etwa 16-22 % und man bekommt mit den gängigen Zuckergewinnungsverfahren ungefähr aus 10 kg Rohstoff 1 kg brauchbaren Zucker. Die Zuckerfabrikation sowohl von Rohr und Rüben beinhaltet im Grunde die gleiche Abfolge von zahlreichen mechanischen und chemischen Prozessen in großen Industrieanlagen:

Die Zerkleinerung und das Auskochen bzw. –pressen, die Extrahierung in wässriger Lösung und die Ausfällung als Kristallzucker beim anschließenden Einkochen.

Bei einigen Arten der photosynthesefreudigen Algen, wie der Chlorella vulgaris, wird eine Gewinnung von 1 kg Zucker aus etwa 3 kg angenommen. Dabei wird auf wesentlich effizientere Prozesse zur Zuckergewinnung aus dem Rohstoff Alge zurückgegriffen. Enzyme, biologische Katalysatoren, versprechen schnelle, kosten schonende und vor allem umweltfreundliche Verarbeitung der Algen zu verbrauchsfertigem Zucker, da auf viele mechanische und chemische Verarbeitungsschritte verzichtet werden kann.

Zur weiteren Kosteneinsparung trägt hierbei die günstige Gewinnung der Enzyme bei (siehe Kapitel Peptide, Proteine und Enzyme).

Beispielsweise kann das Enzym Cellulase, welches große Teile des Stabilisierungsgerüsts der Alge zersetzt, in Rahmen von biotechnischen Verfahren, effizient durch das leicht kultivierbare Bakterium Cellulomonas uda erhalten werden.

 

Die Biomasse, welche aus der Algenzuckererzeugung hervorgeht, kann (ähnlich wie die Bagasse, Überreste der Zuckerrohrverarbeitung) auf verschiedene Weise weitergenutzt werden:

  • energetische Verwendung: Erzeugung von Elektrizität, Biogas, Biokraftstoff
  • weitere Verwendungen: Papierherstellung, Viehfutter, als Grundstoffe in der chemischen Industrie und pharmazeutischen/kosmetischen Industrie.

 

Zuckerrübe und Zuckerrohr decken derzeit den globalen Zuckerbedarf. Jedoch stoßen diese Rohstoffe an wirtschaftliche und ökologische Grenzen. Die Alge als Rohstoff kann in Zukunft als Alternative Abhilfe schaffen. Nicht nur die offensichtlichen ökologischen und ökonomischen Vorteile im Anbau und der Umsetzung in Zucker, sondern auch die zahlreichen Möglichkeiten zur Verwertung der anfallenden Biomasse sprechen für eine zukunftsträchtige Nutzung der Alge und ihren hohen Investitionswert.

 

Somit sollte die Politik und die Wirtschaft ihr Hauptaugenmerk allem voran auf die Algen AG richten, welche eine fundierte Kapitalanlage für die Zukunft darstellt. J



[1] Wert aus „Der neue Fischer Weltalmanach 2012“ von fischerverlag

[2] Aus “Iron and mixing affect biological carbon uptake in SOIREE and EisenEx, two Southern Ocean iron fertilisation experiments” von Dorothee C.E. Bakker, Yann Bozec, Philip D. Nightingale, Laura Goldson, Marie-José Messias, Hein J.W. de Baar, Malcolm Liddicoat, Ingunn Skjelvan, Volker Strass, Andrew J. Watson, DEEP SEA RESEARCH 2004

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