Kohlenstoff-Landwirtschaft e Upcycling – die Schlagworte Klimaschutz und Kreislaufwirtschaft (1,2) – finden in Algen und Mikroalgen einen beispiellosen Ausdruck auf der Erdoberfläche.
Diese primitiven Lebensformen speichern nicht nur riesige Mengen an Kohlenstoff in der Atmosphäre, sondern wandeln CO2 auch schnell in organisches Material und damit in Nahrung, Futtermittel, Düngemittel und Biokraftstoffe um.
ABECCS (Algenbasierte Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung) ist eine der Anwendungen der blaue Bioökonomie interessanter. Produzieren Sie Proteine und Energie, indem Sie Kohlendioxid verschlingen.
1) Mildern Sie die Klimawechsel mit negativen Emissionssystemen. IPPC
'Minderung des Klimawandels', der IPCC-Bericht 2022 (Der zwischenstaatliche Ausschuss für Klimawandel), bestätigt, was bereits 2014 festgestellt wurde. (3) Die Wahrscheinlichkeit, den Anstieg der globalen Temperatur innerhalb der Grenze von +2°C einzudämmen, ist mit 116 möglichen Szenarien verbunden, wobei:
- 87 % der Hypothesen basieren auf der Einführung von BECCS-Systemen (Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung),
- 67 % dieser Szenarien gehen davon aus, dass diese Systeme bis 2100 mindestens 20 % der weltweiten Primärenergie ausdrücken werden.
Energie erzeugen ohne Emissionen (z. B. Solarenergie, Biomethan) reichen laut IPCC nicht aus, um die globale Erwärmung abzuschwächen. Wir brauchen auch Systeme mit negativen Emissionen, also Systeme, die in der Lage sind, mehr Kohlenstoff zu absorbieren, als sie emittieren.
2) Speicherung von Kohlenstoff. Die Grenzen terrestrischer Ökosysteme
Bäume und Pflanzen (z. B. Hanf, Bambus) sind grundlegende Instrumente zur Bekämpfung des Klimawandels durch Kohlenstoffspeicherung. (4) Eine wissenschaftliche Studie, veröffentlicht in Natur (Terrer et al., 2021) hat auch die Existenz einer variablen, sogar negativen Beziehung zwischen der Entwicklung pflanzlicher Biomasse und der Speicherung von CO2 im Boden (SOC, Bodenorganischer Kohlenstoff). (5)
Überwachung von 108 experimentellen Studien zeigten, dass die Kohlenstoffspeicherung im Boden (SOC) abnimmt, wenn pflanzliche Biomasse stark durch CO2 stimuliert wird. Die Reduzierung von Leistung der Böden scheint mit der größeren Aufnahme von Nährstoffen durch einige Pflanzen zusammenzuhängen, vielleicht auch in Bezug auf die angewendeten agronomischen Praktiken. SOC-Prognosen können daher einer Überarbeitung bedürfen.
3) Superstar-Mikroalgen in der Kohlenstoffspeicherung
Mikroalgen stellen eine der vielversprechendsten Lösungen dar, sowohl für die Herstellung von Lebensmitteln mit hohem Nährwert (6,7) als auch für die Eindämmung von Klimawechsel. Auch durch die Schaffung von Kohlenstoffspeichersystemen, die die Grenzen terrestrischer Ökosysteme überwinden können, aufgrund des Folgenden.
3.1) Verhältnis zwischen erzeugter Bioenergie und verbrauchter Fläche
Die Produktion von Bioenergie durch Mikroalgen benötigt eine zehnmal kleinere Oberfläche als zur Gewinnung der gleichen Energiemenge durch Landpflanzen.
3.2) Wasserverbrauch und Wachstumsbedingungen
Die Kultivierung von Mikroalgen verbraucht weniger Wasser als viele Landpflanzen. Mit zwei wesentlichen Unterschieden:
- die Verwendung von Frischwasser ist, wenn möglich, nicht erforderlich,
- es ist möglich, Nährstoffe über Abwässer aus anderen industriellen Prozessen zuzuführen.
3.3) Wachstumsgeschwindigkeit
Photosynthese Es wird von Mikroalgen verwendet, um CO2, Wasser, Sonnenlicht zu absorbieren und Energie zu erzeugen. Aber im Gegensatz zu vielen Pflanzen müssen Mikroalgen keine Stängel und/oder Wurzeln entwickeln.
Die Energie der Mikroalgen Es ist daher hauptsächlich der Zellteilung gewidmet, wodurch es sich ständig viel schneller replizieren kann als Bäume.
Daher auch Aquatische Mikroalgen wurden als schnell wachsende Arten identifiziert, deren Kohlenstoffbindungsrate höher ist als die von Landpflanzen.
3.4) Wohlstand in Umgebungen mit hoher CO2-Konzentration
Einige Arten der Mikroalgen sind in der Lage, in Umgebungen mit einer hohen CO2-Konzentration zu gedeihen und es effektiv mit einer 10- bis 50-mal höheren Rate als Landpflanzen zu entfernen. Ein Morgen (0,4 ha) Algen kann bis zu 2,7 Tonnen CO2 pro Tag entfernen.
Chlorella Es zeichnet sich durch seine große Widerstandsfähigkeit gegen schwierige Umweltbedingungen aus und zeigt hervorragende Wachstumsraten bei verschiedenen CO2-Konzentrationen (15%) sowie in Gegenwart von Stickstoff- und Schwefeloxiden (NOx, SOx), Gasen, die für Smog verantwortlich sind. (8)
4) Upcycling von CO2 für die industrielle Produktion von Algen. Das Beispiel von Teichtechnik
Teichtechnologien (Kanada) entwickelte ein System von Upcycling des CO2-Ausstoßes verschiedener Industrieanlagen (z. B. Kraftwerke, Ölraffinerien, Zementfabriken, Lebensmittelindustrie, etc.).
Herkömmliche Bioreaktoren, die mit den Infrastrukturen verbunden sind, leiten die Emissionen aus den Schornsteinen in die Tanks, wo die Algen das Kohlendioxid verbrauchen und Sauerstoff in die Atmosphäre abgeben, und produzieren auch Biomasse für verschiedene Bestimmungszwecke.
5) Biokraftstoffe mit negativen Emissionen aus Mikroalgen
ABECCS-Systeme (Algenbasierte Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung) marine Mikroalgen nutzen, um Energie mit negativen Emissionen zu erzeugen, d. h. in der Lage, den vom IPPC angegebenen Bedarf zu decken (siehe oben, Absatz 1).
Die Vorteile von Biokraftstoffe so hergestellt, im Vergleich zu anderen Materialien, die fälschlicherweise als solche dargestellt werden, sind:
- effektiv negativer CO9-Fußabdruck (anders als beispielsweise Palmöl. Siehe Anmerkung XNUMX),
- Abwesenheit von Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion, in der Eingabe (z. B. Süßwasser) und die Ausgabe (da stattdessen unter anderem die Maisernte zum Einsatz kommt Biotreibstoff). (10)
6) Integrierte Systeme der Land- und Forstwirtschaft und des Algenanbaus
Eingebettete Systeme der Land- und Forstwirtschaft sowie der Algenkultivierung sind aus verschiedenen ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten auch für die Produktion von Nahrungs- und Futtermitteln sowie Bioenergie erfolgsversprechend. Eine diesbezügliche Studie (Beal et al., 2018) an einem ABECCS-Projekt, bei dem eine 121 Hektar große Algenpflanze mit einem 2.680 Hektar großen Eukalyptuswald kombiniert wurde. (11)
Eukalyptus-Biomasse treibt die Kraft-Wärme-Kopplung an (Blockheizkraftwerke, KWK) mit anschließender Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS). Ein Teil des abgeschiedenen CO2 wird für die Algenzucht verwendet, der Rest wird sequestriert. Die Verbrennung von Biomasse liefert CO2, Wärme und Strom und fördert gleichzeitig die Algenkultivierung.
6.1) Integrierte Systeme, Ausgabe von Eiweiß und Energie
Das integrierte System Gegenstand der Analyse (Beal et al., 2018) eine Proteinmenge produziert, die der von Soja entspricht, während 61,5 TJ Strom erzeugt und 29.600 t/Jahr CO2 gebunden werden. Die erzeugte Energie war größer als die verbrauchte, der Wasserfußabdruck (Frischwasser) fast gleich dem von Sojabohnen.
Die wirtschaftlichen Ergebnisse Die Ergebnisse waren denen einer Sojabohnenmonokultur ebenbürtig, dank der Verfügbarkeit von Produktkombinationen, die die Bereitstellung von Algenbiomasse – mit Funktionen, die Fischmehl oder Sojabohnen ersetzen – mit entsprechenden Kohlenstoffgutschriften beinhalten können. Und ein spürbarer Umweltwert für die Achtung der Biodiversität im Waldgebiet.
7) Vorläufige Schlussfolgerungen
Algen und Mikroalgen stellen eine konkrete Lösung für die Produktion von Biomasse mit verschiedenen Verwendungszwecken dar (Lebensmittel, Futtermittel, Düngemittel und Biostimulanzien, Biokraftstoffe) und Bioenergie mit einem negativen COXNUMX-Fußabdruck.
Die Integration der Mikroalgenproduktion in landwirtschaftlichen und industriellen Systemen sieht auch für die Aussichten vielversprechend aus Upcycling laterale Prozessabläufe (z.B. Nebenprodukte) in Lebensmittelzutaten.
Dario Dongo und Giulia Pietrollini
Hinweis
(1) Dario Dongo, Giulia Pietrollini. Kohlenstofflandwirtschaft, grünes Licht vom Rat für die EU-Zertifizierung von Kohlenstoffgutschriften in der Landwirtschaft. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 21.12.22
(2) Dario Dongo. Upcycling, der Hauptweg zu Forschung und Innovation. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 1.1.23
(3) IPPC, The Synthesis Report of the Fifth Assessment Report, (2014) AR5 Synthesis Report: Climate Change 2014 – IPCC
(4) Martha Strinati. Die Fähigkeit von Hanf, Kohlenstoff im Kern von Hemp-30 zu binden. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 10.1.23
(5) Terrer, C., Phillips, RP, Hungate, BA et al. (2021). Ein Kompromiss zwischen Pflanzen- und Bodenkohlenstoffspeicherung bei erhöhtem CO2. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03306-8 Natur 591, 599-603. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03306-8
(6) Dario Dongo. ProFuture, Mikroalgen zur Ernährung des Planeten. Das EU-Forschungsprojekt. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 18.6.19
(7) Dario Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Algen und Mikroalgen für Lebensmittel in Europa, das ABC. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 14.11.22
(8) SP Singh, Priyanka Singh (2014). Einfluss der CO2-Konzentration auf das Algenwachstum: Eine Übersicht. Erneuerbare und Nachhaltige Energie Bewertungen. 38. Jahrgang, 2014, Seiten 172-179, ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.05.043.
(9) Dario Dongo, Giulia Caddeo. Biodiesel aus Palmöl. Kartellamt verurteilt ENI. Gleichheit. 8.2.20
(10) Martha Strinati. Steigende Preise und Nahrungsmittelknappheit in Kriegszeiten. Hintergrundinformationen zum iPES FOOD-Bericht. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 10.5.22
(11) Beal, Colin M.; Archibald, Ian; Huntley, Mark E.; Greene, Charles H.; Johnson, Zackary I. (2018). Die Integration von Algen mit Bioenergie-Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (ABECCS) erhöht die Nachhaltigkeit. Die Zukunft der Erde. doi: 10.1002/2017EF000704
(12) Dario Dongo. Upcycling, der Hauptweg zu Forschung und Innovation. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 1.1.23
Dario Dongo, Rechtsanwalt und Journalist, PhD in internationalem Lebensmittelrecht, Gründer von WIISE (FARE – GIFT – Food Times) und Égalité.
Sie hat einen Abschluss in industrieller Biotechnologie und eine Leidenschaft für nachhaltige Entwicklung und beteiligt sich an den Forschungsprojekten von Wiise Srl
