DE102013200056B3

DE102013200056B3 - Verfahren zur kostengünstigen Gewinnung von marinen Makroalgen, insbesondere im Binnenland

Info

Publication number: DE102013200056B3
Application number: DE201310200056
Authority: DE
Inventors: Klaus Lüning
Original assignee: SYLTER ALGENFARM & CO KG GmbH
Current assignee: SYLTER ALGENFARM & Co KG GmbH
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2033-01-05

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren, mit dem kostengünstig marine Makroalgen (insbesondere im Binnenland) gezüchtet werden können. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung einer Kombination aus Meerwasser und einer Lösung von Haldenabraumsalz als Kulturmedium für die Gewinnung mariner Makroalgen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kulturmediums.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem kostengünstig marine Makroalgen in Massenkultur, auch fernab der Meeresküste, gezüchtet werden können. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung einer Mischung umfassend Meerwasser und (kostengünstig erhältliches) Haldenabraumsalz, als Kulturmedium für die Gewinnung mariner Makroalgen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kulturmediums.
Weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Beispielen sowie insbesondere den beigefügten Patentansprüchen.
Marine Makroalgen werden seit hunderten von Jahren als Nahrungs- und Düngemittel verwendet. Darüber hinaus gewinnen Makroalgen in verschieden Industriezweigen zunehmend an kommerzieller Bedeutung. Ihre vielseitigen Inhaltsstoffe machen sie in neuerer Zeit auch zunehmend für die gezielte Extraktion von bestimmten Wirkstoffen und Wirkstoffgemischen interessant. Algenextrakte mit antioxidativen, antibakteriellen, antiviralen und antitumoralen Eigenschaften werden beispielsweise als „functional food” oder in Medizinprodukten und Kosmetika eingesetzt.
Die Erntekosten mariner Makroalgen sind gegenüber den in Massenkultur gezüchteten (Süßwasser-)Mikroalgen wie Chlorella und Spirulina relativ gering. Während man bei Mikroalgen nämlich wegen deren mikroskopisch kleiner Größe häufig etwa ein Drittel der Produktionskosten für das Abzentrifugieren aus dem Kulturmedium veranschlagen muss, können Makroalgen einfach und kostengünstig aus dem Meerwasser entfernt werden, etwa durch Abrechen oder Abpumpen über ein grobes Sieb.
Konventionell werden marine Makroalgen an Schwimmseilen im Meer kultiviert. Die Kulturen wachsen dabei für gewöhnlich an einem Seil fixiert in hoher Dichte heran, bis sie relativ einfach geerntet werden können. Hierbei sind jedoch diverse Nachteile in Kauf zu nehmen: Sc kann das Aufwachsen von Epiphyten das Wachstum der Makroalgen verlangsamen oder verhindern. Zudem können die Makroalgen mitunter durch Meerestiere wie Meeresschnecken gefressen werden. Auch das Nährstoffangebot für die Makroalgen kann im Meer nicht so einfach wie bei der Tankzüchtung an Land nach Bedarf angepasst werden.
Die Industrie ist daher darum bemüht, die kommerzielle Produktion von Makroalgen in Tanks (an Land). wirtschaftlich effizient zu gestalten. Ein solches Tankzüchtungs-Verfahren bietet den Vorteil, dass dadurch auch Monokulturen von weniger robusten Algenarten gezüchtet werden können, die im marinen Ökosystem verdrängt werden würden (Lüning & Pang, Mass cultivation of seaweeds: current aspects and approaches, J. appl. Phycol., 2002, 14, 1–5). Zudem ist die Reingewinnung von wertvoller Algenbiomasse mit Herkunftsnachweis, beispielsweise für den Einsatz als „functional food”, von großer Bedeutung. Vorteilhafterweise kann außerdem das Nährstoffangebot bei einem solchen Verfahren effizient kontrolliert werden. Auch die Ernte der Algenbiomasse ist bei dieser Methode besonders leicht, da die Tanks in der Regel von allen Seiten zugänglich sind (Hafting et al., On-land cultivation of functional seaweed products for human usage, J. appl. Phycol. 2011).
Die Tankzüchtungs-Technik mit marinen Makroalgen wurde zum ersten Mal erfolgreich in Nova Scotia mit der Carrageen-Rotalge Chondrus erprobt und publiziert (Bidwell et al., Tank cultivation of Irish Moss, Chondrus crispus, Bot. mar. 1985, 28, 87–97). Ab 1998 führte der Meeresbotaniker Klaus Lüning auf Sylt weitergehende Untersuchungen zur (kommerziellen) Tankzüchtung mariner Makroalgen durch.
In üblichen Tankzüchtungs-Verfahren werden die Tanks mit natürlichem Meerwasser befüllt, was in Küstennähe mit relativ geringem Aufwand realisiert werden kann. Da jedoch Küstengebiet begrenzt ist und seine Nutzung häufig Freizeit- und Erholungszwecken dient, sind für die Aufstellung der Tanks geeignete, küstennahe Flächen nur begrenzt oder je nach Region überhaupt nicht verfügbar. Eine Verlagerung in küstenfernere Gebiete, etwa auf sonst für Landwirtschaft nicht nutzbarem aufgelassenem Industriegelande, wäre daher wirtschaftlich von großem Nutzen. Da der Transport von großen Mengen Meerwasser über weite Strecken an Land jedoch logistisch unverhältnismäßig aufwendig ist, wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung versucht, die Menge an benötigtem Meerwasser zu reduzieren, um eine ökonomisch sinnvolle Produktion von Makroalgen auch fernab der Küste zu gewährleisten.
Es ist zwar grundsätzlich möglich, künstliches Meerwasser herzustellen, indem entsprechende Salze bzw. Salzgemische in Süßwasser gelöst werden (für Aquarien werden hierfür synthetische Meersalzmischungen wie z. B. Tropic Marine Meersalz angeboten). Für eine großtechnische Produktion (z. B. unter Verwendung von Rundtanks mit 2000 L Volumen) sind solche Produkte jedoch begrenzt geeignet, da hierdurch unverhältnismäßig hohe Kosten bei der Herstellung des Kulturmedium bzw. des künstlichen Meerwassers anfallen würden.
Die Verwendung von ausgefallenem natürlichem Meersalz (z. B. aus dem Mittelmeer) hat sich ebenfalls als ungeeignet erwiesen, da die Salzbestandteile des Meerwassers zu unterschiedlichen Zeitpunkten auskristallisieren und sich das ausgefallene Meersalz daher in seiner Zusammensetzung stark von natürlichem Meersalz unterscheidet.
Es besteht daher weiterhin Bedarf an kostengünstigen, alternativen Möglichkeiten zur Herstellung eines geeigneten Kulturmediums für marine Makroalgen.
Die Patentschrift US 4,869,017 beschreibt ein Verfahren zur Züchtung von Makroalgen in Tanks, bei dem natürliches Meerwasser mit CO₂-gesättigtem Süßwasser verdünnt wird, um ein geeignetes Kulturmedium herzustellen. Dazu wird zunächst die Alkalinität von Süßwasser durch Zugabe von Carbonaten auf 1 bis 10 mg/L eingestellt. Dann wird Meerwasser solange mit dem behandelten Süßwasser verdünnt bis ein Salzgehalt von 15 bis 25 pro Mille vorliegt. Anschließend wird durch Zugabe von CO₂ der pH-Wert der Verdünnung auf zwischen 7,5 und 8,5 eingestellt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren wie hierin beschrieben oder ein erfindungsgemäß zu verwendendes Kulturmedium wird darin jedoch nicht offenbart.
Das in US 4,869,017 beschriebene Verfahren hat den Nachteil, dass es aufgrund der notwendigen, wiederholten Messungen und der genauen Einstellung der genannten Parameter mit einem hohen Aufwand verbunden ist. In Anbetracht der benötigten Volumina ist bei kommerzieller Verwendung dieses Verfahrens mit langen Mischzeiten zu rechnen, um die gewünschten Parameter einzustellen.
US 2010/02401114 A1 beschreibt ein Verfahren zur Kultivierung von Vertretern der Algengruppe Charophyta (Armleuchteralgen; englisch: stoneworts, brittleworts, muskgrasses, muskworts, bassweeds), die als Makroalgen den Süßwasser- bis Brackwasserbereich besiedeln und oft starke Verkalkung im Exoskelett aufweisen. Die mit Rhizoiden in Weichboden verankerten und mit Schachtelhalm-ähnlichem Habitus versehenen Armleuchteralgen bevorzugen Gewässer mit erhöhtem Gehalt an Calcium und erhöhtem pH. Entsprechend wird die Herstellung eines Kulturmediums (TABLE 3, Seite 17) mit gegenüber Meerwasser stark erhöhtem Gehalt an Calcium-Bicarbonat bei pH 8,5 beschrieben, wobei der Salzgehalt durch Verwendung vorzugsweise von fossilem salzhaltigem Grundwasser von Perm-Ablagerungen in Nordamerika weniger Natriumchlorid enthält als normales Meerwasser (Seite 6). Die genannte Patentschrift beschreibt auch die Zugabe von Schwefel zum Kulturmedium, um die Bildung spezifischer Geruchsstoffe der oft stark riechenden Charophyten zu fördern (Seite 7). Weiterhin werden günstige Bodensubstrate für die Kulturteiche beschrieben (Seite 11), um die Verwurzelung der Charophyten im Weichboden zu fördern. Das Kulturmedium (TABLE 3, Seite 17) gemäß US 2010/02401114 A1 mit seinem gegenüber Meerwasser ungewöhnlich hohen Gehalt an Calcium und Schwefel erwies sich nach Kulturexperimenten (TABLE 5, Seite 18) als ungeeignet für voll-marine Makroalgen wie die Grünalge Ulva, die Rotalge Gracilaria oder die Braunalgen Padina und Sargassum, aber als sehr gut geeignet für die Armleuchteralge Chara. Ein erfindungsgemäßes Verfahren wie hierin für voll-marine Makroalgen beschrieben oder ein dafür erfindungsgemäß zu verwendendes Kulturmedium wird somit in der genannten Patentschrift nicht offenbart.
Primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein kostengünstiges, vielerorts einsetzbares und einfach handhabbares Verfahren zur Gewinnung mariner Makroalgen bereitzustellen. Insbesondere war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges, für die Züchtung einer Vielzahl mariner Makroalgen geeignetes Kulturmedium zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die primäre Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Gewinnung von Makroalgen, vorzugsweise im industriellen Maßstab, umfassend folgende Schritte:

(I) Bereitstellen eines Kulturmediums umfassend Meerwasser und Haldensalz, vorzugsweise umfassend oder bestehend aus
(a) 20–50 Gew.-%, vorzugsweise 25–40 Gew.-%, Meerwasser und
(b) 50–80 Gew.-%, vorzugsweise 60–75 Gew.-%, einer (Süßwasser-)Lösung enthaltend Haldensalz, vorzugsweise vom K+S-Standort Zielitz (s. hierzu auch die Ausführungen weiter unten), in einer Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, von 2 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 3 Gew.-%,
(II) Kultivieren von Makroalgen in dem in Schritt (I) bereitgestellten Kulturmedium,
(III) Isolieren der in Schritt (II) produzierten Makroalgen.

Als Meerwasser wird bevorzugt natürliches, vollmarines Meerwasser wie z. B. Nordseewasser, vorzugsweise mit einem Salzgehalt von 30 pro Mille, verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird synthetisches Meerwasser wie z. B. Tropic Marine Meerwasser, vorzugsweise mit einem Salzgehalt von 30 pro Mille, verwendet.
Es ist grundsätzlich auch möglich, im Rahmen der vorliegenden Erfindung natürliches Brackwasser, z. B. Ostseebrackwasser, z. B. mit einem Salzgehalt von 10 pro Mille, (als Meerwasser- bzw. Meerwasser enthaltende Komponente) zu verwenden und dieses direkt mit dem Haldensalz zu versetzen, um im Ergebniseine geeignete Salzkonzentration zu erhalten (vgl. hierzu die Ausführungen weiter unten).
Je nach Ursprung des verwendeten Meerwassers kann dieses unterschiedliche Salzgehalte aufweisen. Im Rahmen des hierin beschriebenen Verfahrens ist grundsätzlich bevorzugt darauf zu achten, dass das Kulturmedium insgesamt einen Salzgehalt von wenigstens 2 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 3 Gew.-% aufweist. Denn bei einem niedrigeren Salzgehalt kann das Wachstum zahlreicher mariner Makroalgen gegebenenfalls nicht mehr gewährleistet werden. Der Fachmann kann bei dem hierin beschriebenen Verfahren je nach verwendetem Meerwasser bzw. in Abhängigkeit des Salzgehalts davon die Mengenverhältnisse der Bestandteile (a) und (b) und/oder die Konzentration der Haldensalz-Lösung (b) anpassen bzw. einstellen, um ein optimales Ergebnis zu erhalten.
Hierzu ist anzumerken, dass marine Organismen seit Urzeiten an ozeanisches Meerwasser mit einem Salzgehalt von etwa 30 pro Mille (3 Gew.-%) und einer weltweit relativ konstanten Zusammensetzung der Hauptionen Na, Cl, Mg, Ca und K angepasst sind. Da zahlreiche Makroalgen unterhalb von etwa 20 pro Mille Salzgehalt aus osmotischen Gründen nicht mehr existieren können, ist im Falle einer starken Verdünnung von Meerwasser mit Süßwasser der Zusatz größerer (Halden-)Salzmengen notwendig, um ein geeignetes Kulturmedium zu erhalten.
Im Rahmen eigener Untersuchungen wurde herausgefunden, dass sich Haldensalze, insbesondere solche von aufgehaldeten Abfallsalzen von Kalibergwerken, überraschenderweise dazu eignen, als Zusatz für ein Kulturmedium für die Züchtung mariner Algen zu dienen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders geeignete Haldensalze lagern auf den Abraumhalden der Kalibergwerke (K+S Kali GmbH), insbesondere am Standort Zielitz, als Überreste fossiler Meere oder als Abfallreste nach der industriellen Extraktion der kommerziell verwertbaren Salzanteile. Für herkömmliche Zwecke sind diese Haldensalze in der Regel unbrauchbar.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durchgeführte Untersuchungen zur Verwendbarkeit einer (Süßwasser-)Lösung solcher Haldensalze allein (d. h. ohne Meerwasser) ergaben, dass eine reine Haldensalzlösung (z. B. vom Standort Zielitz) für, die Zwecke der kommerziellen Züchtung mariner Makroalgen nicht geeignet ist. Die versuchsweise kultivierten Makroalgen starben bei Verwendung einer reinen Haldensalzlösung nach wenigen Tagen ab. Im Gegensatz dazu kann durch die kombinierte Verwendung von Meerwasser und Haldensalzlösung (wie hierin beschrieben) ein stabiles, für kommerzielle Zwecke geeignetes Wachstum von Makroalgen erreicht werden. Dabei reichen vorteilhafterweise bereits relativ geringe Mengen Meerwasser aus (vgl. oben, Bestandteil (a)).
Vorteilhafterweise ist es bei der Anwendung des hierin beschriebenen Verfahrens nicht notwendig, individuelle Ionenkonzentrationen zu bestimmen oder den pH-Wert einzustellen, da das erfindungsgemäß zu verwendende Kulturmedium die für das Algenwachstum vorteilhaften Parameter – ohne die Notwendigkeit zusätzlichen Aufwands – bereits erfüllt. Dennoch werden weiter unten bevorzugte Ionenkonzentrationen und pH-Bereiche beschrieben, um das erfindungsgemäße Verfahren bei Bedarf zu optimieren.
Ein bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren wie oben beschrieben, wobei das Haldensalz und/oder die Lösung gemäß Bestandteil (b), jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der darin enthaltenen Metall-Ionen,
Kalium-Ionen im Bereich von 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-%, vorzugsweise von 0,7 Gew.-% bis 1,4 Gew.-%, umfasst bzw. umfassen
und/oder
Magnesium-Ionen im Bereich von 0,05 Gew.-% bis 0,4 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, umfasst bzw. umfassen
und/oder
Natrium-Ionen im Bereich von 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 8 Gew.-% bis 14 Gew.-%, umfasst bzw. umfassen
und/oder
Calcium-Ionen im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, vorzugsweise von 0,2 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%, umfasst bzw. umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das erfindungsgemäß zu verwendende Meerwasser, insbesondere im Fall von natürlichem Nordseewasser oder synthetischem Meerwasser (vgl. oben), gemäß Bestandteil (a), bezogen auf das Gesamtgewicht des (in dem Kulturmedium) enthaltenen bzw. des eingesetzten Meerwassers, einen Salzgehalt im Bereich von 0,3 bis 6 Gew.-%, bevorzugt von 2 bis 4 Gew.-%, idealerweise im Bereich von 3 Gew.-% auf.
Weiterhin weist das in Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte Kulturmedium in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung insgesamt einen Salzgehalt im Bereich von 2 bis 4 Gew.-%, insbesondere von 3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kulturmediums, auf.
Schließlich weist das erfindungsgemäß zu verwendende Kulturmedium gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen pH im Bereich von 7 bis 8, bevorzugt von 7 bis 7,5 auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich in der Regel, wie oben erwähnt, bereits durch das Mischen einer Haldensalz-Lösung mit Meerwasser (im oben beschriebenen Mengen-Verhältnis) ohne größeren Aufwand eine annehmbare Ionenzusammensetzung sowie ein geeigneter Gesamtsalzgehalt und pH-Wert. Das heißt, das Abraumsalz kann vorteilhafterweise ohne Vorbehandlung für die hierin beschriebene Makroalgenzucht verwendet werden kann.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass das Kultivieren der Makroalgen in Schritt (II) in einem oder mehreren Tank(s), vorzugsweise an Land, durchgeführt wird.
Durch die Kultivierung in einem abgeschlossenen Tank lässt sich das Aufwachsen von Epiphyten deutlich einfacher kontrollieren als im offenen Meer bzw. gegebenenfalls sogar vermeiden. Ferner kann ein Fressen der Makroalgen durch andere Meeresorganismen wie Meeresschnecken verhindert werden. Auf diese Weise können auch seltene und weniger robuste, aber wertvolle Algenarten gezüchtet werden. Weiterhin können das Nährstoffangebot sowie Belichtung und Temperatur optimiert werden, um eine maximale Ausbeute an Algenbiomasse pro Liter Kulturmedium zu erreichen.
An Land aufgestellte Tanks sind außerdem von allen Seiten leicht zugänglich und vorteilhafterweise unabhängig von Witterungseinflüssen und Strömungen, die im offenen Meer zu Problemen bei der Kultivierung und/oder bei der Ernte führen können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist bzw. weisen der Tank bzw. die Tanks in einem erfindungsgemäßen Verfahren jeweils oder insgesamt ein Volumen im Bereich von 1.000 L bis 20.000 L, und/oder jeweils oder insgesamt eine Oberfläche (Wasser- bzw. Kulturmedium-Oberfläche) im Bereich von 1 m² bis 40 m² auf.
Die Tankzüchtung von marinen Makroalgen für kommerzielle Zwecke erfolgt sinnvollerweise in einem Maßstab von 1.000 bis 20.000 Liter. Je nach Bedarf kann die Tankgröße dabei den individuellen Gegebenheiten eines Betriebs (Platzbedarf/sinnvolle Positionierung) angepasst werden. Dabei ist auch das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu berücksichtigen: Da die Algenmasse nur an der Oberfläche ausreichend Licht bekommt, wird eine kontinuierliche Umwälzung empfohlen, um maximale Ausbeuten pro Volumen Kulturmedium zu gewährleisten.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht in einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei in Schritt (II) eine Dichte von 5–15 kg Algentrockenmasse pro 1000 Liter Kulturmedium erzielt wird, vorzugsweise von 10 kg pro 1.000 L.
Unter optimalen Bedingungen erlaubt es, das erfindungsgemäße Verfahren, maximale Ausbeuten an Algentrockenmasse pro Volumen Kulturmedium zu erzielen. Durch die kostengünstige und unaufwändige Bereitstellung des Kulturmediums bietet es daher einen bedeutenden wirtschaftlichen Vorteil gegenüber konventionellen Tankzüchtungsverfahren.
Die erfindungsgemäß zu kultivierenden Makroalgen sind vorzugsweise ein oder mehrere Spezies ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Braunalgen (Gattungen Laminaria, Saccharina, Ectocarpus), Rotalgen (Gattungen Palmaria, Gracilaria, Porphyra) und Grünalgen (Gattungen Ulva, Enteromorpha).
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich für die Kultivierung verschiedener kommerziell relevanter Algenarten anwenden. Dabei können geeignete Kombinationen von Algenarten ausgewählt werden, und diese gemeinsam oder im Wechsel gezüchtet werden. Beispielsweise kann, je nach den von den einzelnen Arten bevorzugten Wachstumsbedingungen, jeweils im Frühjahr und Herbst zwischen sogenannten Sommer- und Winteralgen gewechselt und somit das erfindungsgemäße Verfahren ganzjährig oder nahezu ganzjährig genutzt werden.
Das Kultivieren in Schritt (II) wird vorzugsweise unter einer, mehreren oder sämtlichen der folgenden Bedingungen durchgeführt:

– Temperatur im Bereich von –1,0°C bis 25,0°C,
– Belichtung, vorzugsweise mit Tageslicht,
– Umwälzung der Algenbiomasse mit Pressluft.

Um maximale Ausbeuten zu gewährleisten, sollten die Bedingungen für die Kultivierung im Rahmen bestimmter Bereiche optimiert werden. Algen können in der Regel – je nach Art – in einem relativ breiten Temperaturbereich von –1,0°C bis 25,0°C wachsen. Für die Zucht in gemäßigten Breiten bedeutet dies, dass bei einer der Jahreszeit angepassten Auswahl von Algensorten vorteilhafterweise nur im Ausnahmefall eine Beheizung oder Kühlung des bzw. der Tanks notwendig ist.
Um Photosynthese betreiben zu können, benötigen die Makroalgen eine bestimmte Menge an Licht, wofür meist Tageslicht ausreicht, sodass in der Regel keine zusätzliche Belichtung notwendig ist. Da das Licht bei einer dichten Algenkultur jedoch nicht ins Innere des Tanks vordringt, muss gegebenenfalls dafür gesorgt werden, dass eine Zirkulation an der Tankoberfläche stattfindet, so dass die gesamte Algenbiomasse regelmäßig dem Licht an der Oberfläche ausgesetzt wird. Als besonders vorteilhaft hat sich dazu eine Umwälzung mit Pressluft erwiesen.
Die Kultivierung kann je nach Bedarf und Algenart für einige Monate bis zu ganzjährig durchgeführt werden. Während dieser Zeit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Produktivität erreicht werden, die einer Verdoppelung der Algenbiomasse in 3 bis 4 Wochen entspricht. Die Algen können alle 3 bis 4 Wochen geerntet werden. Das Kulturmedium muss dabei vorteilhafterweise nicht notwendigerweise ausgetauscht werden. Vielmehr genügt der regelmäßige Zusatz von gegebenenfalls verbrauchten Nährstoffen, wie z. B. Ammonium, Nitrat und Phosphat, um die Produktivität aufrechtzuerhalten.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bzw. werden der Tank bzw. die Tanks mittels der Abwärme einer Biogasanlage beheizt. Die Abwärme einer Biogasanlage kann als kostengünstige und wirtschaftlich sinnvolle Alternative zum Einbau einer Heizung dienen, um das Einfrieren der landgebundenen Meeresalgentanks im Winter zu verhindern oder eine bestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kultivierung der Makroalgen im Verbund mit einer oder mehreren weiteren Aquakultur(en) (in einem gemeinsamen oder in miteinander verbundenen Behältern). Die zum Beispiel in einer Fischfarm anfallende Nährstofffracht an Ammonium, Nitraten und Phosphaten kann hierbei vorteilhafterweise als Algendünger verwendet werden. Weiterhin können die Algen auch den in einer Aquakultur gegebenenfalls entstandenen Mineralsalzüberschuss absorbieren. Im Ergebnis kann hierdurch das vorhandene Volumen an Kulturmedium optimal genutzt werden kann.
Die Algenzucht kann auch mit (herkömmlicher) Viehzucht kombiniert werden, wobei der bei der Viehzucht anfallenden Mist vorteilhafterweise als Algendünger verwenden werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Makroalgen vorzugsweise im industriellen Maßstab, vorzugsweise ein Verfahren nach einem der oben beschriebenen Ausgestaltungen, umfassend folgende Schritte:

(I) (i) Bereitstellen von Meerwasser,
(ii) Bereitstellen von Haldensalz,
(iii) Bereitstellen von Süßwasser, und
(iv) Mischen der in den Schritten (i) bis (iii) bereitgestellten Bestandteile sowie optional weiterer Bestandteile um ein Kulturmedium zu erhalten, vorzugsweise um ein Kulturmedium wie oben definiert zu erhalten,
(II) Kultivieren von Makroalgen in dem in Schritt (I) bereitgestellten Kulturmedium,
(III) Isolieren der in Schritt (II) produzierten Makroalgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist denkbar einfach und erfordert lediglich das Mischen der gebrauchsfertigen Bestandteile, um das oben näher beschriebene Kulturmedium bereitzustellen. Als weitere optionale Bestandteile kommen beispielweise Mikro-Nährstoffe wie Salze mit Eisen, Mangan, Zink und/oder Kobalt in Frage.
Die Isolation (Schritt (III)) erfolgt für Erntezwecke, so dass keine besonderen Anforderungen an die Reinheit der Algenbiomasse gestellt werden müssen. Je nach Bedarf können diese aber entsprechend rein isoliert bzw. gereinigt werden. Im Allgemeinen können die in Schritt (III) erhaltenen, isolierten Makroalgen aber in Kombination mit anderen bzw. aus den vorangehenden Schritten übrigen Bestandteilen vorliegen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens liegt in Schritt (I) das Verhältnis der Gesamtmenge von (i) bereitgestelltem Meerwasser zur Summe der Gesamtmengen von (ii) bereitgestelltem Haldensalz und (iii) bereitgestelltem Süßwasser, jeweils bezogen auf das Gewicht, im Bereich von 1:4 bis 1:1, vorzugsweise von 1:3 bis 2:3.
Für das erfindungsgemäße Verfahren werden vorteilhafterweise lediglich relativ geringe Mengen an Meerwasser benötigt, da dieses mit der erfindungsgemäß zu verwendenden Haldensalzlösung verdünnt werden kann (eine solche ist durch einfaches Mischen von Haldensalz mit Süßwasser herstellbar). Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es ermöglicht bzw. begünstigt, Algenzucht auch in von der Küste weiter entfernten Gebieten zu betreiben, da lediglich geringe Mengen an Meerwasser zum Produktionsstandort transportiert werden müssen. Die kommerzielle Algenzucht wird daher für eine größere Zahl an Betrieben wirtschaftlich zugänglich.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer Mischung umfassend Meerwasser und Haldensalz, insbesondere umfassend oder bestehend aus

(a) 20–50 Gew.-%, vorzugsweise 25–40 Gew.-%, Meerwasser und
(b) 50–80 Gew.-%, vorzugsweise 60–75 Gew.-%, einer Lösung enthaltend Haldensalz in einer Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, von 1 bis 8 Gew.-%, bevorzugt von 2 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 3 Gew.-%,

Die Verwendung einer Mischung aus Meerwasser und einer Lösung von Haldensalz in Süßwasser stellt eine kostengünstige Alternative zur Verwendung von teuer und aufwändig herzustellendem künstlichen Meerwasser oder der Verwendung von natürlichem Meerwasser, was in küstenfernen Gebieten logistisch kaum realisierbar ist, dar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kulturmediums für die Kultivierung von Makroalgen beschrieben, bestehend aus oder umfassend folgende Schritte:

(i) Bereitstellen von Meerwasser,
(ii) Bereitstellen von Haldensalz,
(iii) Bereitstellen von Süßwasser, und
(iv) Mischen der in den Schritten (i) bis (iii) bereitgestellten Bestandteile sowie optional weiterer Bestandteile um ein Kulturmedium zu erhalten, vorzugsweise um ein Kulturmedium wie oben definiert zu erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Kulturmediums für die Kultivierung von Makroalgen erfordert lediglich das Zusammenmischen der einzelnen Bestandteile, die bereits gebrauchsfertig erhalten werden. Es muss weder eine Reihenfolge bei der Zusammengabe beachtet werden, noch müssen Ionenstärken oder der pH-Wert bestimmt bzw. eingestellt werden. Das Verfahren bietet damit relevante Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Kulturmediums für die Kultivierung von Makroalgen. Außerdem sind zum einen die benötigten Rohstoffe kostengünstig und gebrauchsfertig zu beziehen, zum anderen sind bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kulturmediums keinerlei aufwendige Zwischenschritte notwendig.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1: Gewinnung der Braunalge Ectocarpus (oder anderer Makroalgen) unter Verwendung von Nordseewasser und Haldensalz
Ein 2000 L Rundtank (Algentank-Modell von www.Spranger-Kunststoffe.de) wird – zum Erreichen eines Salzgehalts von 30 pro Mille – zu etwa einem Drittel mit Nordseewasser (Salzgehalt: etwa 30 g/L) und zu etwa zwei Drittel mit Süßwasser (Leitungswasser) und 40 kg Haldensalz (Quelle: K+S, Standort Zielitz) gefüllt. Die Mischung wird für ca. 2 Stunden mit Pressluft umgewälzt, bis das gesamte Haldensalz gelöst ist.
In das Kulturmedium werden 5 kg Frischgewicht der Braunalge Ectocarpus (oder einer anderen Makroalge) eingesetzt. Das Kulturmedium wird während der Kultivierung kontinuierlich mit Pressluft, vorzugsweise mit einem Mindestdruck, der die komplette Umwälzung der Algenbiomasse garantiert, umgewälzt. Nach 3–4 Wochen kann eine Verdoppelung der Algenbiomasse erzielt werden. Während der Kultivierung werden vorzugsweise täglich (als einmalige Gabe) Makronährstoffe (Ammonium, Nitrat, Phosphat) in Form von ca. 1 L Gülle aus Fischfarm oder Viehzucht in den Tank gespritzt. Die Ernte der Frischalgen-Biomasse erfolgt im Fall von Ectocarpus durch Abpumpen über ein Kunststoffnetz (2 mm Maschenweite), im Fall anderer, größerer Makroalgen wie Gracilaria oder Laminaria, durch Abpumpen des Kulturmediums und Zusammenrechen der Kulturalgen. Die Trocknung der Frischalgen erfolgt auf Netzen an der Sonne oder in Trockenhallen.
Beispiel 2: Gewinnung der Braunalge Ectocarpus (oder anderer Makroalgen) unter Verwendung von synthetischem Meerwasser und Haldensalz
Ein 2000 L Rundtank (Algentank-Modell von www.Spranger-Kunststoffe.de) wird – zum Erreichen eines Salzgehalts von 30 pro Mille – zu etwa einem Drittel mit synthetischem Meerwasser (zum Beispiel Tropic Marine Meersalz, Salzgehalt: 30 g/L) und zu etwa zwei Drittel mit Süßwasser (Leitungswasser) und 40 kg Haldensalz (Quelle: K+S, Standort Zielitz) gefüllt. Die Mischung wird für ca. 2 Stunden mit Pressluft umgewälzt, bis das gesamte Haldensalz gelöst ist.
Im Übrigen wird gemäß Beispiel 1 verfahren.
Beispiel 3: Gewinnung der Braunalge Ectocarpus (oder anderer Makroalgen) unter Verwendung von Ostseewasser und Haldensalz
Ein 2000 L Rundtank (Algentank-Modell von www.Spranger-Kunststoffe.de) wird – zum Erreichen eines Salzgehalts von 30 pro Mille – im Wesentlichen vollständig mit natürlichem Ostsee-Brackwasser (Salzgehalt: etwa 10 g/L) und 40 kg Haldensalz (Quelle: K+S, Standort Zielitz) gefüllt. Die Mischung wird für ca. 2 Stunden mit Pressluft umgewälzt, bis das gesamte Haldensalz gelöst ist.
Im Übrigen wird gemäß Beispiel 1 verfahren.

Claims

Verfahren zur Gewinnung von Makroalgen, vorzugsweise im industriellen Maßstab, umfassend folgende Schritte: (I) Bereitstellen eines Kulturmediums umfassend Meerwasser und Haldensalz, vorzugsweise umfassend oder bestehend aus (a) 20–50 Gew.-%, vorzugsweise 25–40 Gew.-%, Meerwasser und (b) 50–80 Gew.-%, vorzugsweise 60–75 Gew.-%, einer Lösung enthaltend Haldensalz in einer Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, von 2 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 3 Gew.-%, (II) Kultivieren von Makroalgen in dem in Schritt (I) bereitgestellten Kulturmedium, (III) Isolieren der in Schritt (II) produzierten Makroalgen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Haldensalz und/oder die Lösung gemäß Bestandteil (b), jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der darin enthaltenen Metall-Ionen, Kalium-Ionen im Bereich von 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-%, vorzugsweise von 0,7 Gew.-% bis 1,4 Gew.-%, umfasst bzw. umfassen und/oder Magnesium-Ionen im Bereich von 0,05 Gew.-% bis 0,4 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, umfasst bzw. umfassen und/oder Natrium-Ionen im Bereich von 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 8 Gew.-% bis 14 Gew.-%, umfasst bzw. umfassen und/oder Calcium-Ionen im Bereich von 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, vorzugsweise von 0,2 Gew.-% bis 0,3 Gew.-%, umfasst bzw. umfassen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Meerwasser gemäß Bestandteil (a), bezogen auf das Gesamtgewicht des in dem Kulturmedium enthaltenen Meerwassers, einen Salzgehalt im Bereich von 0,3 bis 6 Gew.-%, bevorzugt von 2 bis 4 Gew.-%, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das in Schritt (I) bereitgestellte Kulturmedium, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kulturmediums, einen Salzgehalt im Bereich von 2 bis 4 Gew.-%, bevorzugt von 3 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kulturmedium einen pH im Bereich von 7 bis 8, bevorzugt von 7 bis 7,5 aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kultivieren der Makroalgen in Schritt (II) in einem oder mehreren Tank(s), vorzugsweise an Land, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der bzw. die Tank(s) – jeweils oder insgesamt ein Volumen im Bereich von 1.000 L bis 20.000 L aufweist bzw. aufweisen und/oder – jeweils oder insgesamt eine Oberfläche im Bereich von 1 m² bis 40 m² aufweist bzw. aufweisen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt (II) eine Dichte von 5–15 kg Algentrockenmasse pro 1.000 Liter Kulturmedium erzielt wird, vorzugsweise von 10 kg pro 1.000 L.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Makroalgen ein oder mehrere Spezies ausgewählt aus der Gruppe Braunalgen (Gattungen Laminaria, Saccharina, Ectocarpus), Rotalgen (Gattungen Palmaria, Gracilaria, Porphyra) und Grünalgen (Gattungen Ulva, Enteromorpha) sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kultivieren in Schritt (II) unter einer, mehreren oder sämtlichen der folgenden Bedingungen durchgeführt wird: – Temperatur im Bereich von –1,0°C bis 25,0°C, – Belichtung, vorzugsweise mit Tageslicht, – Umwälzung der Algenbiomasse mit Pressluft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Tank bzw. die Tanks mittels der Abwärme einer Biogasanlage beheizt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kultivierung der Makroalgen im Verbund mit einer oder mehreren weiteren Aquakultur(en) erfolgt.
Verfahren zur Gewinnung von Makroalgen, vorzugsweise im industriellen Maßstab, vorzugsweise Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend folgende Schritte: (I) (i) Bereitstellen von Meerwasser, (ii) Bereitstellen von Haldensalz, (iii) Bereitstellen von Süßwasser, und (iv) Mischen der in den Schritten (i) bis (iii) bereitgestellten Bestandteile sowie optional weiterer Bestandteile um ein Kulturmedium zu erhalten, vorzugsweise um ein Kulturmedium wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert zu erhalten, (II) Kultivieren von Makroalgen in dem in Schritt (I) bereitgestellten Kulturmedium, (III) Isolieren der in Schritt (II) produzierten Makroalgen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei in Schritt (I) das Verhältnis der Gesamtmenge von (i) bereitgestelltem Meerwasser zur Summe der Gesamtmengen von (ii) bereitgestelltem Haldensalz und (iii) bereitgestelltem Süßwasser, jeweils bezogen auf das Gewicht, im Bereich von 1:4 bis 1:1, vorzugsweise von 1:3 bis 2:3, liegt.
Verwendung einer Mischung umfassend Meerwasser und Haldensaz, vorzugsweise umfassend oder bestehend aus (a) 20–50 Gew.-%, vorzugsweise 25–40 Gew.-%, Meerwasser und (b) 50–80 Gew.-%, vorzugsweise 60–75 Gew.-%, einer Lösung enthaltend Haldensalz in einer Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung, von 2 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 3 Gew.-%, als Kulturmedium für die Kultivierung von Makroalgen.
Verfahren zur Herstellung eines Kulturmediums für die Kultivierung von Makroalgen bestehend aus oder umfassend folgende Schritte: (i) Bereitstellen von Meerwasser, (ii) Bereitstellen von Haldensalz, (iii) Bereitstellen von Süßwasser, und (iv) Mischen der in den Schritten (i) bis (iii) bereitgestellten Bestandteile sowie optional weiterer Bestandteile um ein Kulturmedium zu erhalten, vorzugsweise um ein Kulturmedium wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert zu erhalten.