Mit Algen überdüngte Seen retten – wie geht das?

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Algenexperte Prof. Schulz von der CAU im Interview

Im heutigen Beitrag beleuchten wir Algen einmal aus einem anderen Blickwinkel. Ich befrage Professor Rüdiger Schulz von der Universität Kiel zum Thema „Bioremediation mit Mikroalgen“. Was klingt wie eine medizinische Therapie ist tatsächlich eine Methode, um überdüngte, abgestorbene Seen wiederzubeleben. Professor Schulz und sein Team betreiben zu diesem Thema wegweisende Forschung, die bereits jetzt an den Schleswig-Holsteinischen Seen und an der Kläranlage in Plön Anwendung findet.

Herr Prof. Schulz, Sie forschen und lehren hier an der Universität Kiel zum Thema Physiologie und Biotechnologie der pflanzlichen Zelle. Insbesondere sind Sie aber auch als „Algen-Schulz“ bekannt – Sie sind also Algen-Experte, und ich stelle Ihnen jetzt einfach mal die ganz einfache – oder vielleicht nicht so einfache? – Frage: Was sind Algen genau?

Die Frage ist kurz und knapp, aber gar nicht so einfach zu beantworten! Algen sind bestimmte Pflanzengruppen, die einfach aufgebaut sind und bevorzugt im, am oder mit dem Wasser leben. Biotechnologisch und bioökonomisch sind zwei Gruppen von Algen und eine Bakteriengruppe mit sehr ähnlichen Eigenschaften von Interesse: einerseits die Mikroalgen, die mikroskopisch klein sind, dann die sogenannten Makroalgen, die man gut sehen kann, und dann noch die sogenannten Cyanobakterien. Diese wurden früher mal als blau-grüne Algen bezeichnet, als man noch nicht wusste, dass es Bakterien sind. Algen sind in allen Gewässern zu finden, von der Pfütze, über den Teich, den See, oder den Ozean, in heißen Quellen oder sogar in Gletscherregionen im Eis, und es gibt sogar terrestrische Algen.

Prof. Schulz
Professor Schulz mit Algenkulturen im Labor

Welche Rolle spielen Algen denn in unseren Ökosystemen?
Natürlich eine riesige Rolle! Die Mikroalgen kann man auch als Phytoplankton bezeichnen. Mindestens die Hälfte der Photosynthese weltweit läuft über dieses Phytoplankton! Und über diese Photosynthese und Primärproduktion entsteht Biomasse, die der Ausgangspunkt für ganz viele Nahrungsketten ist.

Mir kommt es manchmal fast so vor, als gäbe es zu viele Algen. Gerade im Sommer hört man oft von sogenannten „Algenblüten“- was hat es damit auf sich?

Zu viele Algen, finde ich, gibt es nicht (schmunzelt)! Diese Phytoplanktonblüten sind erstmal völlig natürliche Erscheinungen. Der Ruf dieser Phytoplanktonblüten ist – auch zu Recht – so ein bisschen ins Negative gekommen, weil viele unserer Gewässer überdüngt sind durch die Abwässer, die aus der Landwirtschaft kommen, oder über die Kläranlagen ins Wasser gelangen. Dabei muss auch gesagt werden, dass wir unheimlich viel Nährstoffe zum Beispiel über Soja-Futtermittel aus Südamerika importieren, das heißt, man darf die Überdüngung der Gewässer nicht so lokal sehen, sondern im Prinzip ist es auch unser System der Landwirtschaft. Phytoplanktonblüten sind in überdüngten Gewässern stärker als natürlicherweise, und die Bakterien, die diese überschüssige Biomasse abbauen wollen, verbrauchen Sauerstoff, was dann zur Sauerstoffzehrung der Seen führt. Diese Überdüngung der Gewässer ist schon sehr bedrohlich. Es gibt Studien der EU, die sagen, dass 52 der 53 großen Seen hier in Schleswig-Holstein zu nährstoffreich sind, und wenn das nicht geändert wird, dann kann es sogar sein, dass für diese 52 Seen irgendwann mal EU-Strafen bezahlt werden müssen.

Was könnte man tun, um dieser Algenblüten Herr zu werden und das Gleichgewicht in einem solch überdüngten See wieder herzustellen?

Da gibt es Möglichkeiten, und es wäre natürlich sehr sinnvoll, die Gelder, die man später dann sowieso als Strafe zahlen muss, einzusetzen, um die Gewässer vorher in einen guten ökologischen Zustand zu bringen. Seit dem Bau der Klärwerke wird ein Großteil der Abwässer, die wir erzeugen, nun gereinigt, was den Gewässern natürlich eine Menge bringt. Die zweite Sache ist, dass die Landwirtschaft mittlerweile sehr stark reglementiert ist. Landwirte sind da sehr unter Druck, ihre Düngung an die Gegebenheiten anzupassen und nicht zu viel zu düngen. Neben der Verminderung der Einleitung der Nährstoffe muss man sich bemühen, solche Gewässer zu sanieren. Das heißt, dass man Nährstoffe entnimmt und natürliche Prozesse unterstützt, um mit dieser Nährstofffracht klarzukommen.

Wie muss man sich das vorstellen, dass da Nährstoffe entzogen werden?

Das ist ehrlich gesagt ein großes biologisches und technisches Problem. Es gibt grundsätzlich drei Möglichkeiten: die erste ist, die mit Nährstoffen belasteten Sedimente auszubaggern. Die zweite Möglichkeit ist, dass man Phosphate chemisch fällt. Und dann ist die Reihe der Methoden, die etabliert sind, schon zu Ende! Zusammen mit dem LLUR in Flintbek, insbesondere mit Dr. Reinhold Stauss, haben wir eine dritte Idee entwickelt, aus den Gewässern das Phytoplankton heraus zu ernten, um mit dieser Algenbiomasse dem Gewässer Nährstoffe zu entnehmen.

Gibt es auch Möglichkeiten, wie man dem See wieder neues Leben einhauchen kann?

Das normale Leben eines ökologisch intakten Sees ist wirklich an Sauerstoff gebunden. Im Kleinen Plöner See, der hat eine Tiefe von etwa 30 Meter, ist im Sommer alles unter etwa 10 Metern sauerstofffrei. Die Überdüngung dieses Sees kommt zu 50 % aus dem Sediment des Sees, denn durch den fehlenden Sauerstoff am Grund des Sees werden Phosphate rückgelöst, gehen wieder in das Wasser über, und ermöglichen dann eine enorme Phytoplanktonblüte. Würde man die Menge an Phosphatverbindungen reduzieren können, dann wäre es möglich, diese Phytoplanktonblüten einzuschränken und damit diesen Kreislauf des Biomasse-Absinkens, der O2-Zehrung usw. sehr stark zu reduzieren.

Vor ein paar Jahren kam ein ehemaliger Mitstudierender von mir, Niels Christian Holm, auf mich zu. Er hatte einen Mikroalgenmix entwickelt, und diese Algen sinken noch schneller ab als die Bakterien in der biologischen Reinigungsstufe einer Kläranlage. Eine superclevere Idee! Denn damit ist es jetzt möglich, direkt mit diesem Algenmix Wasser zu reinigen. Er hat dann diese schnell absinkenden Algen in einem Bioreaktor wachsen lassen, wo das Wasser durch die Photosynthese nicht nur von Nährstoffen befreit, sondern auch mit Sauerstoff angereichert wird. Wir planen nun, einen solchen Bioreaktor als letzte Reinigungsstufe an die Kläranlage in Plön zu koppeln. Wenn man jetzt dieses Wasser auf 4 Grad abkühlt – denn 4 Grad kaltes Wasser ist spezifisch am schwersten – und in einen See einleitet, dann sinkt das wirklich ab. Wir planen das im Kleinen Plöner See zu machen: Dieses 4 Grad und Sauerstoff-angereicherte und Nährstoff-abgereicherte Wasser werden wir über „Sauerstoffbahnen“ in die Tiefenbereiche der Seen einleiten, so dass es einerseits wieder zu einer natürlichen Aufnahme der Nährstoffe kommen kann, und zweitens wird dieser Phosphor im Sediment bleiben. Also der natürliche Lebensprozess eines See-Ökosystems kann dann hoffentlich wieder starten. Klar ist, dass das langfristig laufen muss und dass wir eine ganz enge ökologische Begleitforschung machen müssen.

Bioreaktor
Der Algenbioreaktor zur Reinigung von nährstoffbelasteten Abwässern

Irgendwann hat man ja eine relativ große Algenmasse produziert oder abgeerntet. Was kann man mit diesen Algen machen?

Eine ganze Menge! Und das ist das, was wir in meiner Arbeitsgruppe schon seit vielen Jahren verfolgen. Dazu muss man erstmal kucken: Was sind das für Mikroalgen, was haben die für Inhaltsstoffe, was kann man damit machen? Die zweite Sache ist: Wo kommen diese Mikroalgen her? Da gibt es in Deutschland ganz klare Richtlinien. Wenn wir diese Algenbiomasse verwerten wollen, die wir durch die Nachreinigung des Klärwerkwassers bekommen, dürfen wir nichts anderes machen als diese in einen Faulturm zu geben und daraus Energie zu erzeugen. Alles andere ist einfach nicht erlaubt. Dann haben wir auch Biomasse beim Ernten aus den Seen und das ist eigentlich ein natürliches Produkt. Da sehen wir vor – und da werden wir eine Menge Forschungsaktivitäten reinstecken – dass man die Biomasse hoffentlich nutzen kann, um stofflich etwas zu extrahieren, zu verkaufen, damit auch Geld zu verdienen, und dann nur noch die Reststoffe energetisch zu verwerten. Man könnte möglicherweise Algenbiomasse, die man über Reinigung von definierten Abwässern bekommt, als Fischfutter einsetzen. Eine weitere Verwertung, die wir vorsehen, ist, das in Algen produzierte Vitamin E zum Beispiel als Konservierungsstoff in Kosmetik einzusetzen. Oder wir sind dran zu untersuchen, ob man nicht aus Algen eine Sonnencrème machen könnte. Das Ziel ist wirklich, diese Algenbiomasse möglichst hochwertig weiter zu verwerten, um hochpreisige Produkte zu gewinnen. Das wäre schön, wenn das klappen würde.

Es klingt als ob durch den Einsatz von Algen in verschiedenen Bereichen neue Geschäftsmodelle entstehen. Sie sind ja auch Mitglied des Projekts AQUATOR, einem sogenannten Business-Akzelerator. Was würden Sie einem interessierten Startup denn sagen: Lohnt es sich finanziell und auf lange Sicht, sich den Algen zu widmen und neue Geschäftsmodelle zu entwickeln?

Antwort ganz klar: Ja! Im Moment entstehen auch viele Firmen wirklich auf Grundlage von Algenbiomasse, die gut zu Produkten umgearbeitet werden kann. Algen sind wirklich ein neues Gebiet von Biomasse, da ist auf alle Fälle eine Menge Musik drin! Man geht davon aus, dass die menschliche Ernährung in einigen Jahrzehnten ohne Mikroalgen wahrscheinlich nicht mehr auskommen wird. Was im Moment leider noch nicht so zu empfehlen ist, weil da die gesetzlichen Grundlagen noch nicht da sind – was ich aber als äußerst sinnvoll ansehen würde – ist, wenn man als Startup auch für sogenannte Ökosystemdienstleistungen Geld kriegen könnte. Das wäre total sinnvoll! So wie man angefangen hat, CO2 zu bepreisen – warum nicht auch Leuten, die Algen wachsen lassen, und damit CO2 aus der Atmosphäre oder eben Nährstoffe aus der belasteten Umwelt aufnehmen, dafür Geld geben, als sogenannte Ökosystemdienstleistung, die man bezahlen könnte? Wenn das möglich wäre, wär’s toll da Firmen zu gründen. Der AQUATOR in unserem Innovationsraum Bioökonomie auf Marinen Standorten verfolgt unter anderem so ein Ziel, und es wäre schön, wenn wir da irgendwas erreichen würden.

Ich habe zum Schluss noch eine persönliche Frage an Sie: Spielen Algen in Ihrem Alltag eine Rolle? Trinken Sie Algenbier? Oder verwenden Sie Algenkosmetik?

Oha! Also ich selber nicht. Nahrungsergänzungsstoffe aus Algen nehme ich bisher auch nicht zu mir. Aber sobald zum Beispiel so eine Algen-Sonnencrème auf dem Markt ist, werde ich die garantiert kaufen! Oder sobald es ein Algenbier gibt, was besser schmeckt als die normalen Biere, werde ich das definitiv kaufen (schmunzelt), leider habe ich da bisher noch keins gefunden…

Ich versuch’s mal: das ist zwar kein Algenbier, aber Algentee, den ich Ihnen mitgebracht habe, und eine kleine Algenkosmetik aus unserem Haus, Oceanwell, ein kleines Mitbringsel und mit großem Dank für das Interview und für Ihre Zeit und für die umfangreichen und sehr interessanten Antworten, vielen Dank!

Vielen Dank für das Mitbringsel, und das kann ja der Einstieg sein, dass ich dann auch privat Algen mehr nutze!

Dies war eine sinngemäße, gekürzte Version des Interviews; das vollständige Interview wird demnächst als Podcast ebenfalls hier veröffentlicht.

Bildnachweis:
Titelfoto Plöner See: Bild von Olle August auf Pixabay
Laborbild und Bioreaktor: © R. Schulz

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Veröffentlicht von

Ruth Gingold

Ruth Gingold

Moin, mein Name ist Ruth Gingold. Ich bin Meeresökologin und bei CRM für Nachhaltigkeitsprojekte im weitesten Sinne tätig. Derzeit beschäftige ich mich unter anderem mit der Frage, wie die nachhaltige Aquakultur in der Region gefördert werden kann. Über kleine und große Fortschritte zu dem Thema schreibe ich gerne ab und zu hier ein paar Zeilen. Privat stecke ich am liebsten meine Füße in den warmen Sand oder bewundere die Unterwasserwelt durch die Taucherbrille.

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