Waste2Algae: Validierung der Gewinnung von Wertstoffen mittels Mikroalgen unter Verwendung von Rauchgas und Reststoffen im Prototypenanlagen-Maßstab

Das Waste2Algae Projekt startet 2027 und verfolgt das Ziel, CO₂, Rauchgase und biogene Reststoffe mithilfe von Mikroalgen und Cyanobakterien in wertvolle Rohstoffe umzuwandeln.

Blaualgen, wie Cyanobakterien auch genannt werden, sind den meisten nur ein Begriff, wenn im Sommer durch hohe Wassertemperaturen und Sauerstoffmangel Binnengewässer „umkippen“ und es zu Badeverboten und Fischsterben kommt. In dem BMFTR-Verbundprojekt Waste2Algae wird eine nachhaltige Anlagentechnologie zur Wertstoffproduktion aus Rauchgasen und biogenen Reststoffen mittels Mikroalgen entwickelt. Im Prototypenmaßstab wird der Einsatz neuartiger Photobioreaktoren und extremophiler Cyanobakterien als Kaskadenanlage erprobt, um CO₂ aus industriellen Prozessen stofflich zu nutzen (Carbon Capture & Utilization, CCU) und in hochwertige Produkte zu überführen.

Zielprodukte sind die durch hohe CO₂-Konzentrationen induzierten bzw. produzierten Stoffe wie Biokunststoffe (z.B. Polyhydroxyalkanoate (PHA), insbesondere Polyhydroxybutyrat (PHB)), Wirk- und Wertstoffe (z.B. bioaktive Substanzen, Pigmente, Polysaccharide) sowie die nach der Extraktion verbleibende Restbiomasse (z.B. als Futtermittel, Dünger oder für die Biogasanlage). Abwärme kann für eine ganzjährige Temperierung der Fermentationsprozesse sowie Trocknung und Reaktorsterilisation genutzt werden.

Der Anlagenbau erfolgt im Reallabor Energiepark Pirmasens-Winzeln über die Kopplung der Reaktoranlage an eine bestehende Biogas-BHKW-Anlage. Dabei werden Rauchgas, Abwärme und Gärreste unter Einbindung von KI in der Prozesssteuerung in die Verfahrensentwicklung integriert, um nach dem Prinzip „Waste to Value“ die gesamte Prozesskette zu optimieren und zu schließen.

Ein zentraler technischer Ansatz ist die Kombination von extremophilen terrestrischen Cyanobakterien als immobilisierte Biofilme und neuartigen Photobioreaktoren, mit der die wesentlichen innovatorischen Hemmnisse der Algen- und Mikroorganismenbasierten Wert- und Wirkstoffproduktion auf Basis niedriger Biomasse- und Zielproduktkonzentrationen überwunden werden können.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht hier v.a. im Bereich des Upstreamings der neuen Verfahrenstechnik in Kaskadennutzung, der Kopplung mit Biomassekonversionsanlagen sowie dem Screening nach neuen effektiven mikroorganismischen Produktionsstämmen (u.a. in der Algenstammsammlung der HS Kaiserslautern mit > 400 potenziellen Stämmen).

Das Projektkonsortium besteht aus der Hochschule Kaiserslautern (Verbundkoordination), der PFI-Bioraffinerietechnik GmbH,  der Technischen Hochschule Augsburg, der Weselberger Metallbau GmbH, dem Umwelt-Campus Birkenfeld der HS Trier und dem Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens. In 12 Arbeitspaketen werden die wissenschaftlich-technischen Grundlagen zum Erreichen der Projektziele erarbeitet. 

Während die Hochschulen Kaiserslautern, Trier und Augsburg sowie das PFI die wissenschaftlichen Grundlagen zur Optimierung der biotechnologischen Prozesse erforschen, möchten die Unternehmen PFI-Bioraffinerietechnik GmbH, Weselberger Metallbau GmbH und Inline Process Solutions GmbH dieses Verfahren als Prototypenanlage an der etablierten Forschungsbiogasanlage in Winzeln (Pirmasens) umsetzen. Anfragen von Endkunden zur Überführung der Technologie in die Praxis liegen bereits vor.

Projektstart ist der 01. Januar 2027 und die Projektlaufzeit beträgt 27 Monate. Die Projektkosten belaufen sich auf ca. 1,6 Mio. €. Gefördert wird das Projekt durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR).

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