Kleine Algen, große Wirkung

Bild: Solaga

Mikroalgen sind weniger als zehn Mikrometer groß und betreiben trotzdem zehnmal effizienter Photosynthese als ausgewachsene Bäume. Eingesetzt in Luftfiltern können die Kleinstlebewesen CO2 und Schadstoffe binden und so die Lebensqualität in Städten verbessern.

Luftverschmutzung verursacht Krankheiten, beeinträchtigt die Lebensqualität und führt zu vermeidbaren Todesfällen: Mehr als 3.500 Menschen sterben jedes Jahr allein in Berlin aufgrund der hohen Feinstaubbelastung, weitere 1.400 wegen der Belastung durch Stickstoffdioxid, so die Deutsche Umwelthilfe. Zwar hat die europaweite Luftverschmutzung in den vergangenen Jahren abgenommen, sie stellt aber nach wie vor das größte umweltbedingte Gesundheitsrisiko dar. Zu diesem Schluss kommt die Europäische Umweltagentur EEA in ihrer jüngsten Studie zur europäischen Luftqualität von 2025. In Großstädten ist es der Straßenverkehr, der buchstäblich für dicke Luft sorgt. Die Verbrennung von Benzin und Dieselkraftstoffen führt zu stark erhöhten Stickstoffdioxidwerten, gleichzeitig bieten Städte oft zu wenig Raum für Grünflächen, die Schadstoffe filtern könnten. Forschende suchen die Rettung im Kleinen: Filter auf Basis von Mikroalgen sollen Abhilfe schaffen. 

Mikroalgen binden CO2 und Co.

Unter dem Begriff Mikroalge fasst die Wissenschaft unterschiedliche Kleinstlebewesen zusammen – Cyanobakterien, Grünalgen, Dinoflagellaten, Kieselalgen. Was sie vereint, ist ihre Größe von unter zehn Mikrometern, ihr bevorzugter Lebensraum Wasser und ihre Fähigkeit zur Photosynthese. Im Unterschied zu ihren großen Verwandten im Pflanzenreich bilden Mikroalgen aus der umgewandelten Sonnenenergie jedoch keine Wurzeln, Blätter oder Früchte. Stattdessen vermehren sie sich in ihrer einfachen Struktur zu Biomasse, angereichert mit Stoffen, die sich für Industrie und Landwirtschaft nutzen lassen. 

Burkhard Becker, Professor für Biologie an der Universität Köln, fasst das Potenzial der Algen zusammen: „Sie haben eine unglaublich hohe CO2-Fixierungsrate, insbesondere, wenn man den Wert auf die Biomasse bezieht.“ 90 Prozent ihrer Biomasse nutzen Bäume nicht zur Photosynthese, diese Teile können also kein CO2 direkt binden. Anders hingegen Mikroalgen, die pro Kilogramm Biomasse bis zu zwei Kilogramm CO2 binden können. Hinzu kommt: Mikroalgen wachsen exponentiell, verdoppeln ihre Biomasse also täglich. Ihre Effektivität und ihr rasantes Wachstum machen Mikroalgen besonders für die biotechnologische Forschung attraktiv. 

Bild: Solaga

Mikroalgen: Klimaretter mit Potenzial

Fachkreise sehen den Nutzen von Mikroalgen vor allem in der Reinigung von Wasser oder Luft mithilfe ihres Stoffwechsels, und das möglichst mitten in der Stadt und bei jedem Wetter – Bioremediation nennt sich das. Die verschiedenen Algenarten decken ein breites Spektrum von Lebensräumen ab, für ein optimales Wachstum brauchen die Mikroorganismen jedoch jeweils passende Bedingungen: Licht, Temperatur, Wasserzufuhr, pH-Wert, Nährstoffe müssen stimmen, der Gastransfer – also CO2 rein und O2 raus – muss funktionieren. Letzteres lässt sich über Pumpen oder einen Kompressor regeln, die CO2 in das System leiten und das O2 ausleiten. Um die richtigen Voraussetzungen zum Filtern der Umgebungsluft herzustellen, verfolgen Forschende derzeit zwei verschiedene Ansätze: wassergefüllte Photobioreaktoren als kleine Häuser für das Algenwachstum oder eine nur leicht bewässerte Membran als Nährboden, auf dem die Algen einen filternden Biofilm bilden.

Algen im Aquarium: Liquid3

Professor Ivan Spasojević, Biophysiker an der Universität Belgrad und Mitbegründer des Start-ups Liquid3 setzt auf Ersteres: „Die Algen im Behälter können so viel CO2 binden wie ein ausgewachsener Baum oder so viel wie 200 Quadratmeter Rasenfläche.“ Der Behälter ist jedoch deutlich kompakter und passt in dicht besiedelte Räume. Seit dem Jahr 2021 steht der gerade einmal drei Quadratmeter große Liquid3-Filter im Zentrum Belgrads und soll den Smog in der serbischen Hauptstadt einfangen. 

Dabei fügt sich der Filter auch optisch gut in seine urbane Umgebung ein, schließlich erinnert sein Design an eine stylische, futuristisch anmutende Parkbank aus Metall. Der Wassertank für die Mikroalgen bildet die Rückenlehne der Bank. Gefüllt mit dem leuchtend grünen Algenwasser sieht er wie ein flaches Aquarium aus. Bank und Wassertank sind nach oben von einer kleinen Überdachung abgeschlossen, auf der ein Solarpanel das System mit Ökostrom versorgt. Liquid3 ist außerdem beleuchtet und dient als Ladestation für Smartphones. 

Filmreife Algen: Solaga

Anstelle eines Wassertanks verwendet das 2017 vom Biologen Benjamin Herzog gegründete Berliner Start-up Solaga ein System mit Biofilm. Auf einem von Solaga entwickelten Trägermaterial wachsende Algen bilden eine organisierte, widerstandsfähige Lebensgemeinschaft. Ricardo Arraga, Umweltingenieur und Chief Technology Officer von Solaga, hat die Kleinstlebewesen seit Jahren studiert. Er fasst die Vorteile zusammen: „Unsere Biofilme benötigen weniger Wasser als traditionelle Kulturen, weisen eine höhere Zellkonzentration auf und sind stabiler gegenüber Schwankungen, zum Beispiel bei Temperatur oder Lichtverhältnissen.“ Durch die hohe Biomassenkonzentration lassen sich die Algen zudem leichter ernten – ein notwendiger Schritt, weil sie stetig wachsen. Die Biomasse ist unter anderem als Nahrungsergänzung, Dünge- oder Futtermittel nutzbar.

Solaga bietet die Biofilmkonstruktion als Luftfilter für den Einsatz an stark befahrenen Straßen an: Der Filter besteht aus einem circa zwei Meter langen grauen Kasten, etwa in der Größe eines Fahrradschließfachs. Darin sind in mehreren Stufen Biofilm-Lagen angeordnet. Für deutlich kleinere Räume bietet Solaga eine Art Algenbild an: Alwe ist eine runde, dunkelgrüne, moosig anmutende Leinwand im ebenfalls runden Holzrahmen, der das Bewässerungssystem für die Leinwand beherbergt. Mit seiner charmant-rustikalen Ästhetik und einem halben Meter Durchmesser passt Alwe gut an eine Wohnzimmer- oder Bürowand und kann in einem 25 Quadratmeter großen Raum ca. 30 bis 50 Prozent der Schadstoffe filtern. Für die Zukunft schwebt dem Biotechniker aber deutlich Größeres vor – der Einsatz von Algenfiltern an Industrieanlagen. „Emissionen direkt an der Quelle zu stoppen – Mikroalgen würden das schaffen.“