15.02.2024 I Sie nehmen Schadstoffe aus Abwässern auf, binden Kohlenstoffdioxid (CO2) und fungieren als Energieträger. Die Rede ist von Mikroalgen. Sie bieten großes Potenzial, um nachhaltige Lösungen für Umweltprobleme zu entwickeln. Doch unter welchen Bedingungen kann Deponiesickerwasser mithilfe von Mikroalgen gereinigt werden? Eine Pilotanlage ist jetzt in Betrieb.
Das :metabolon Institute der TH Köln hat sich dieser Frage angenommen und forscht zu den Mikroalgen im Projekt „ERA3 – Phase II“,
„Allein in Nordrhein-Westfalen gibt es 428 Deponien, auf denen jährlich etwa sechs Millionen Kubikmeter Deponiesickerwasser anfallen. Dabei handelt es sich um Niederschlag, der durch die Deponie sickert und dabei große Mengen an umweltschädlichen Stoffen wie Ammonium aufnehmen kann“, erklärt die Projektleiterin Prof. Dr. Miriam Sartor vom :metabolon Institute.
Da ein Großteil des Sickerwassers in kommunale Kläranlagen abwandert, wird es zuvor unter hohem Ressourcen- und Energieaufwand aufbereitet.
Um diesen Prozess nachhaltiger zu gestalten, wird im Projekt „ERA³“ die Kultivierung von Mikroalgen erforscht, die wesentliche abwasserrelevante Inhaltsstoffe aufnehmen und in ihrer Biomasse speichern können.
„Ein großer Vorteil der Mikroalgen ist, dass sie dabei durch Photosynthese angetrieben werden und die Aufbereitung dadurch besonders energieeffizient ist. Zudem wird durch das Wachstum der Kulturen CO2 in der Algenbiomasse gespeichert und gleichzeitig Sauerstoff produziert, was die Wasserqualität verbessert. Nicht zuletzt können die Organismen auch als Energieträger genutzt werden“, so Alexander Kuß, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt.
Mikroalgen werden in Deponiesickerwasser gesetzt
Im Vorgängerprojekt „ERA³ – Phase I“ (2019 bis 2021) kann das Forschungsteam bereits nachweisen, dass Mikroalgen auch in hochbelasteten Deponiesickerwässern kultiviert werden können. Bis dahin wurden Mikroalgen überwiegend in stark verdünntem Abwasser eingesetzt. Jetziges Ziel: Im Pilotmaßstab ermitteln, wie man die Algen als ergänzendes Verfahren in der Behandlung von Abwässern aus der Abfallwirtschaft nutzt.
„Bisher werden Mikroalgen im industriellen Maßstab überwiegend in suspensions-basierten Systemen kultiviert. Das bedeutet, dass die Algen gezüchtet werden, indem sie sich freischwimmend durch eine Nährlösung – im konkreten Fall Abwasser – bewegen, Nährstoffe aufnehmen, verarbeiten und wachsen. Solche Systeme sind vergleichsweise kostengünstig, leicht zu bewirtschaften und weisen moderate Wachstumsraten auf“, erklärt Sartor.
Die Effizienz ist durch das recht trübe Deponiesickerwasser begrenzt. Hindernis: Die im Abwasser schwimmenden Algen sind nicht ausreichend dem Sonnenlicht ausgesetzt. Deshalb benötigt man zur Kultivierung große, flache Becken. Jene integrieren sich allerdings nur schwer in die bestehende Infrastruktur.
Daher verfolgt das Projektteam einen anderen Ansatz: Die Kulturen werden in sogenannten biofilm-basierten Kultivierungssystemen angebaut. Dabei heften sich die Algenstämme an eine Oberfläche fest und wachsen dort. Da die Biofilme auf diese Weise sowohl über als auch unter der Wasseroberfläche angebracht werden, ergeben sich neue Möglichkeiten der Anlagenplanung. Zudem konzentriert sich die Biomasse in den Biofilmen auf natürliche Weise, was die Ernte und Weiterverarbeitung deutlich erleichtert. Auch sind die Kulturen resistenter gegenüber Stressfaktoren. Vor allen Dingen in extremen Lebensräumen wie belastetem Deponiesickerwasser, da sie sich in den Biofilmen besser gegenüber ihrer Umwelt abgrenzen.
Die Pilotanlage ist in Betrieb. Jetzt werden die Mikroalgen in einem Biofilm kultiviert und ins Deponiesickerwasser gesetzt. Die Anlage wird nun mit Blick auf den Abbau von Nährstoffen, Stoffwechselaktivitäten anderer relevanter Mikroorganismen wie Cyanobakterien, nitrifizierende und denitrifizierende Bakterien, die Produktion und Verwertbarkeit der Biomasse sowie die Betriebskosten kontinuierlich überwacht und optimiert.
„Am Ende des Projekts wollen wir fundierte Erkenntnisse darüber erhalten, ob und wie eine großtechnische Umsetzung ökologisch sinnvoll, effektiv und wirtschaftlich realisierbar ist“, sagt Sartor.
