SCHOTT solutions Nr. 1/2014 > Technisches Rohr

Aufbauend auf über 30 Jahren Erfahrung, umfasst das Portfolio von IGV Photobioreaktoren mit bis zu 160.000 Litern Gesamtvolumen. Foto: IGV Biotech

Turbo für Algen


SCHOTT forscht gemeinsam mit Projektpartnern intensiv an der Weiterentwicklung von Photobioreaktoren. Mit ovalen CONTURAX® Glasrohren liefert der Technologiekonzern Komponenten für eine noch effektivere industrielle Algenzucht.


Christine Fuhr

Als Hauptnahrungsquelle vieler Wassertiere sind die grünen Einzeller unersetzlich, im Aquarium können sie zur Plage werden, für die Industrie bieten sie einen interessanten Zukunftsmarkt: Mikroalgen. Weltweit gibt es viele Tausend Arten, mittlerweile werden mehrere Hundert für Forschung oder kommerzielle Zwecke gezüchtet. Algen sind phototrop, sie nutzen Licht als wichtigste Energiequelle und wandeln Kohlendioxid durch Photosynthese in wertvolle Biomasse um – und das fünfmal effizienter als Landpflanzen. Reich an wertvollen Bestandteilen wie Proteinen, Lipiden, Pigmenten, Antioxidantien und Säuren lassen sie sich vielseitig einsetzen: als Nahrungsergänzung, Lebens- und Futtermittel, Biokraftstoff oder Düngemittel bis hin zu Inhaltsstoffen für Medikamente oder Kosmetika.

Das Marktvolumen der Algenproduktion hat mittlerweile die Grenze von einer Milliarde US-Dollar überschritten – und wächst rasant. Die aktuelle Herausforderung besteht darin, die Produktionstechnologie effizienter zu machen, um wirtschaftlich rentabel kultivieren zu können.
Mikroalge: haematococcus pluvialis. Foto: IGV Biotech

Bioreaktoren bieten ideale Bedingungen


Eine effektive Methode Algen zu produzieren, ist die Aufzucht in Photobioreaktoren. Sie bestehen aus Reihen verbundener Glasröhren, die in Summe zwischen 100 Meter bis mehrere Kilometer lang sind und ein Volumen von weniger als 100 bis mehrere Tausend Liter fassen. Im Vergleich zur Zucht in offenen Teichen können in den geschlossenen Systemen optimale Wachstumsbedingungen eingestellt werden: Das Kontaminationsrisiko ist gering, und pH-Wert, Nährstoffkonzentration sowie Sauerstoffpegel können kontrolliert werden. Die besondere Geometrie der langen Röhrensysteme ermöglicht eine Versorgung der Algen mit Sonnen- oder Kunstlicht bei geringer gegenseitiger Beschattung.

Mit seinen Röhrenkomponenten aus hochwertigem DURAN® Borosilikatglas und seiner Expertise bei Photobioreaktoren ist SCHOTT wichtiger Partner der Algenindustrie. Produziert werden die Spezialglasröhren in verschiedenen Wandstärken, Durchmessern und variablen Längen von 1,4 bis 10 Metern. Dazu passend gibt es Glasbögen und spezielle patentierte Rohrverbindungen, die gemeinsam mit der Jäger Gummi und Kunststoff GmbH, Hannover, entwickelt wurden. Sie sind druckbeständig bis zu 3 bar, lassen sich einfach installieren sowie demontieren und sind wiederverwendbar. In den vergangenen Jahren hat SCHOTT weltweit Projekte beliefert. In Frankreich beispielsweise betreibt der Kunde Microphyt bereits Photobioreaktoren mit SCHOTT Glasröhren, weitere befinden sich im Aufbau oder sind geplant. Varicon Aqua Solutions Ltd., Großbritannien, verfügt über langjährige Erfahrungen mit seinem patentierten BioFence™ System. Mit mehr als 100 Pilot- und kommerziellen Systemen sind sie weltweit tätig, wobei bislang Kunststoffrohre zum Einsatz kamen. Aufgrund verbesserter Haltbarkeit und Reinigung empfahlen sie Kunden, ihre Anlagen mit Glas nachzurüsten. Zwei neue Zuchtanlagen wurden kürzlich in Island und Schweden installiert. Photobioreaktoren mit DURAN® Rohr und SCHOTT Verbindungen wurden von Algae Enviro-Engineering (AEE), einem in Singapur ansässigen Algenhersteller und Lieferanten für „grüne“ Lösungen, in Betrieb genommen. Bereits seit den 1990er-Jahren arbeitet SCHOTT intensiv mit IGV GmbH in Nuthetal/Deutschland zusammen, und hat dabei viel gelernt: Gegenseitig habe man sich kontinuierlich
„Anreize für Weiterentwicklungen und Optimierungen in der Rohrgeometrie und bei der Verarbeitung” gegeben, erklärt IGV Bereichsleiter Biotech, Dr. Peter Waldeck.
CONTURAX® Ovalrohre von SCHOTT ermöglichen effizienteres Algenwachstum. Foto: SCHOTT/M. Jahrreiss
Neuste Entwicklung sind CONTURAX® Ovalrohre: „Durch die ovale Form kann das Licht, das Algen für die Photosynthese benötigen, besser genutzt werden. Dadurch wird die Effizienz der Photobioreaktoren unserer Kunden deutlich erhöht”, erklärt Dr. Nikolaos Katsikis, Director Business Development bei SCHOTT Tubing. Weiteres Plus: Die ovalen Rohre nehmen an ihren Enden eine runde Form an, so dass sie sich mit Standard-Verbindungsstücken aneinanderreihen lassen. „SCHOTT ist weltweit der einzige Hersteller, der ovale Rohre mit runden Enden für diese Anwendung anbieten kann.”

Innovative Glasröhren im Testbetrieb


Um die Produktionstechnologie mit dem konzentrierten Know-how aus Wissenschaft und Industrie weiter voranzutreiben, hat SCHOTT in den USA gemeinsam mit dem Algentechnologie-Unternehmen Heliae und der Arizona State University (ASU) ein Forschungsprojekt gestartet. Mit der ASU-Testanlage ist es erstmals möglich, Rohrreaktoren mit anderen Systemen wie Plattenreaktoren oder Raceway Ponds direkt und am selben Standort zu vergleichen. Außerdem können Produktneuheiten von SCHOTT, wie die neuen Ovalrohre, von einem objektiven akademischen Partner beurteilt werden. Der eingesetzte Helix™ Reaktor der Firma Heliae mit besonders dünnwandigen und hochtransparenten Glasröhren eignet sich für die Züchtung unterschiedlicher Algenstämme. Die zu Beginn des Projekts eingesetzten Röhren werden später durch die neuen CONTURAX® Ovalrohre ersetzt. Vergleichende Daten zu Wachstumsraten und Endkonzentrationen aus diesem Projekt können, im Gegesatz zu Kundendaten, veröffentlicht werden und belegen, wie sich die neue Geometrie auf die Wirtschaftlichkeit der Algenproduktion auswirkt.

Dan Simon, Präsident und CEO von Heliae bei der Inbetriebnahme der Testanlage in Arizona: „Die Zusammenarbeit der Forschungs- und Entwicklungsteams von Heliae und SCHOTT haben beide Unternehmen in die Lage versetzt, Spitzentechnologie zu entwickeln, die diesen Industriezweig tatsächlich voranbringen wird.” Das SCHOTT Engagement für eine effizientere Algenzucht stößt auf großes Interesse, Experten von SCHOTT präsentieren bei internationalen Konferenzen wie der Alg‘n’Chem 2014 Konferenz in Montpellier (Frankreich) und dem Algae Biomass Summit (USA). Dr. Katsikis: „Die Möglichkeit, vor Fachleuten und Entscheidungsträgern aus Wissenschaft und Industrie unsere Expertise und Innovationen vorzustellen, bietet uns als Zulieferer eine ideale Plattform.” Der Wettlauf um Marktanteile hat gerade erst begonnen – ein guter Start für den Glasspezialisten, als wichtiger Zulieferer künftig ganz vorne mit dabei zu sein. <

Feedback einiger Kunden und Partner: Glas hat viele Vorteile