Ökobilanzierung zur Nutzung von Algen

Da die Weltbevölkerung voraussichtlich weiterwachsen wird, werden alternative Proteinquellen benötigt, die den künftigen Bedarf an Nahrungsmitteln und Proteinen nachhaltig decken können. Mikroalgen haben sich als einer der vielversprechendsten Kandidaten zur Bewältigung dieser Herausforderung erwiesen. Damit die Mikroalgenindustrie jedoch nachhaltiger und wettbewerbsfähiger werden kann, müssen innovative Technologien und kosteneffiziente Produktionsverfahren eingesetzt werden. ProFuture war ein von der Europäischen Union im Rahmen des Programms Horizont 2020 finanziertes Forschungsprojekt, das darauf abzielte, die Produktion von Mikroalgen zu steigern und die Marktakzeptanz von Mikroalgenproteinen als Zutaten für innovative und nachhaltige Lebens- und Futtermittel zu erleichtern. An diesem Projekt waren 31 europäische Partner beteiligt, darunter Forscher, kleine und mittlere Unternehmen, Großunternehmen und Verbände, die jeweils ihr Fachwissen in verschiedenen Bereichen eingebracht haben.

Ökobilanzierung (LCA) und die Lebenszykluskostenrechnung (LCC) für Produktion und Verarbeitung

ESU-services war für die Ökobilanzierung (LCA) und die Lebenszykluskostenrechnung (LCC) der im Rahmen des ProFuture-Projekts entwickelten neuen Technologien und Produkte verantwortlich. In einem ersten Schritt wurden einzellige Mikroalgenproteine (ganze Biomasse) bewertet. Es wurden verschiedene Kultivierungs- und Trocknungstechnologien im Pilotmaßstab getestet. Diese Produktionswege wurden mithilfe von LCA und LCC verglichen, um die ökonomisch und ökologisch nachhaltigsten Alternativen zu ermitteln. Die Ergebnisse flossen in die Auswahl von Technologien für das Upscaling ein. Im zweiten Schritt wurden die am besten geeigneten Produktionswege im industriellen Maßstab umgesetzt und verschiedene innovative Lebens- und Futtermittel hergestellt. Diese Produkte wurden mithilfe von Ökobilanzen mit konventionellen Alternativen verglichen, um das Potenzial von Mikroalgen als Proteinquelle zu bewerten.

Die Ergebnisse der im Rahmen des ProFuture-Forschungsprojekts durchgeführten Ökobilanz und Lebenszykluskostenrechnung sind in einem Bericht zusammengefasst. Für die Algenarten A. platensis, C. vulgaris, T. chui und N. oceanica wurden verschiedene Anbau- und Trocknungsoptionen bewertet. Neun verschiedene Lebensmittel und vier verschiedene Futtermittelprodukte wurden erfolgreich mit Mikroalgen angereichert. Die wichtigsten Ergebnisse sind:

• • Der aus Umweltsicht wichtigste Schritt in der Wertschöpfungskette der Mikroalgen ist die Kultivierung, vor allem wegen des hohen Stromverbrauchs. Daher sollte die Reduzierung des Stromverbrauchs eine Priorität bei Verbesserungsmaßnahmen sein. Mit einer Kombination aus Abschaltung der Pumpen in der Nacht, Strom aus Photovoltaik und Wasserrezirkulation könnte ein Reduktionspotenzial von 43-88 % bei den Treibhausgasemissionen, 34-64 % bei den gesamten Umweltauswirkungen und 40-63 % bei den Betriebskosten erreicht werden.

• • Die heterotrophe Kultivierung war der Kultivierungsansatz mit dem geringsten Stromverbrauch und daher auch diejenige mit den geringsten Umweltauswirkungen und Betriebskosten.

• • Der Solartrockner erwies sich als das beste Trocknungsverfahren, arbeitet aber als Batch-Prozess. Mit dem Pulsed Combustion Drier und dem Agitated thin film drier könnte ein höherer Automatisierungsgrad erreicht werden. Um mit dem Solartrockner konkurrieren zu können, müssen aber die Verluste reduziert werden.

• • Die Analyse mehrerer Lebensmittelprodukte pro kg Proteinzeigte, dass die Wertschöpfungskette der Mikroalgen einen erheblichen Einfluss auf die Umweltindikatoren hat. Mit Mikroalgen angereicherte Produkte mit relativ hohem Proteingehalt schnitten besser ab als Produkte auf Milch- und Fleischbasis und zeigten vergleichbare Ergebnisse wie Produkte auf Pflanzenbasis. Diese Produkte verwendeten jedoch Erbsen als Hauptproteinquelle und nicht Mikroalgen. Lebensmittel mit geringerem Proteingehalt hatten höhere Umweltauswirkungen.

• • Futtermittelprodukte auf der Basis von Mikroalgen waren nicht wettbewerbsfähig mit herkömmlichen Futtermitteln.

• • Aus ökologischer Sicht erscheint der Aufwand für die Kultivierung von Mikroalgen daher derzeit zu hoch, um Mikroalgen als Proteinquelle zu empfehlen. Um bessere Ergebnisse zu erzielen, müssten die Mikroalgen für den Lebensmittelbereich hinsichtlich des Proteingehalts und der Verarbeitbarkeit, z.B. der Farbe, optimiert werden.

• • Zu den empfohlenen Maßnahmen gehören kurzfristig die Reduzierung des Pumpens der Mikroalgenkulturen in der Nacht und mittelfristig die Umstellung von Netzstrom auf erneuerbare Quellen wie Photovoltaikanlagen. Die künftige Forschung sollte sich auf zwei Hauptthemen konzentrieren: (i) die Rezirkulierung von Wasser, um Möglichkeiten und Grenzen besser zu verstehen, und (ii) auf Arten, die heterotroph wachsen.

Referenzen und Vorträge

Maresa Bussa., Martin Ulrich, Niels Jungbluth (2023) Report on Life Cycle Assessment and Life Cycle Costing. Deliverable 7.2. PROFUTURE: Microalgae Protein Ingredients for the Food and Feed of the Future. Project funded by the European Commission within the Horizon 2020 programme. Grant agreement: 862980. ESU-services Ltd.

Maresa Bussa, Niels Jungbluth (2022) Life cycle assessment of microalgae as protein source : comparison of drying technologies. Parallel Session XXIV (Sustainable Farming Systems VI – Miscellanea), 13.10.2022, 13th International Conference on Life Cycle Assessment of foods (LCA foods 2022), Lima, Peru

Maresa Bussa, Niels Jungbluth (2022) Life cycle assessment of microalgae: Challenges and lessons learned. 14.06.2022, Young Algaeneers Symposium 2022, online