Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)

Energy balance of microalgae biofuels

Projektbeschreibung

Die Produktion von Biotreibstoff aus Mikroalgen benötigt derzeit mehr Energie als im Treibstoff gespeichert ist. Kann Technologieentwicklung dies ändern? Annika Weiss’ Analyse des Zusammenhangs zwischen Energieinput und -output liefert neue Erkenntnisse.

Aus Mikroalgen kann Biotreibstoff hergestellt werden. Sie konkurrieren im Gegensatz zu Landpflanzen nicht mit Nahrungsmittelproduktion um fruchtbaren Boden. Derzeit wird allerdings mehr Energie benötigt, um den Treibstoff zu produzieren, als in ihm enthalten ist – der Quotient dieser beiden Werte, der sog. NER ist größer eins, für eine effektive Treibstoffproduktion müsste er kleiner eins sein. Bisherige Studien kommen zu unterschiedlichen Ergebnissen, ob dies zukünftig möglich ist.

Der NER hängt sehr stark von zwei Größen ab: (i) dem Biomasse-Ertrag und (ii) die Energie zur Kultivierung (Durchmischung und Begasung) der Algen.

Annika Weiss untersucht in ihrer Dissertation, in welcher Weise der Biomasse-Ertrag von der Kultivierungsenergie abhängt. Darauf basierend berechnet sie den NER, mit der Methode der Ökobilanz. Untersucht werden begaste flache Photobioreaktoren als vielversprechende Systeme für die Freilandkultivierung und Biomethan als Treibstoff da dessen Produktion vergleichsweise wenig Energie benötigt.

Ergebnisse zeigen: je mehr Biomasse erzeugt wird, desto mehr Energie wird im Verhältnis dazu benötigt. In anderen Worten: die Energieeffizienz der Algenkultivierung sinkt mit steigendem Ertrag. Aufgrund dieses Zusammenhangs kann – im Gegensatz zur bisher gängigen Meinung – ein niedriger NER nicht mit maximalen Erträgen erreicht werden. Im untersuchten Fall wird selbst unter Berücksichtigung von Technologieentwicklungen und bei einem guten Verhältnis von Energieinput und Ertrag, kein NER unter eins erreicht. Es kann also keine Energie aus Mikroalgen erzeugt werden.

Annika Weiss analysierte in ihrer Arbeit zudem sieben bisherige Studien, die teilweise einen Nettoenergieoutput (NER unter eins) in Aussicht stellen. Sie zeigt zwei Ursachen dafür: entweder werden nicht alle energierelevanten Prozesse berücksichtigt und / oder der Zusammenhang zwischen Kultivierungsenergie und Ertrag wird vernachlässigt.

Bibliographische Angaben:

Weiss, A.
Energy balance of microalgae biofuels (Dissertation). Darmstadt: Technische Universität Darmstadt 2016
Abstract englisch/htm Volltext/pdf

Administrative Daten

Referent: Prof Dr. Liselotte Schebek
Koreferent: Prof. Dr. Peter Cornel
Bezugnehmende Projekte: HydroMicPro, Energetic Algae
Doktoranden bei ITAS: siehe Promovieren am ITAS

Publikationen


2016
Bücher
Weiss, A.
Energy balance of microalgae biofuels.
2016. Technische Universität Darmstadt, Darmstadt 
2013
Vorträge
Weiss, A.
Energie aus Mikroalgen. Unsicherheit in LCA reduzieren.
2013. Ökobilanz Werkstatt, Graz, A, 23.-25. September 2013 
2012
Buchaufsätze
Weiss, A.
Beiträge der Energieerzeugung mit Mikroalgen zu nachhaltiger Energieversorgung und -nutzung?.
2012. Der Systemblick auf Innovation : Technikfolgenabschätzung in der Technikgestaltung. Hrsg.: M. Decker, 451–454, edition sigma, Berlin 
Vorträge
Weiss, A.
Mikroalgen - Grenzen des Wachstums. Systemanalytische Betrachtungen zu Energieträgern aus Mikroalgen.
2012. 8. Ökobilanzwerkstatt des Fraunhofer Institut für Bauphysik (2012), Stuttgart, Deutschland, 4.–6. September 2012 
Weiss, A.; Patyk, A.; Schebek, L.
Energy balances of different photobioreactor- and process designs for algae biofuel production.
2012. 9th European Workshop Biotechnology of Microalgae, Nuthetal, June 4-5, 2012 
2011
Proceedingsbeiträge
Weiss, A.; Patyk, A.; Schebek, L.
Potentials of microalgae for sustainable energy production.
2011. Proceedings of the Life cycle management-Conference, 28.-31.08.2011. Hrsg.: LCM (Life Cycle Management) 2011, Life Cycle Management Conf.2011 (LCM 2011), Berlin, August 28-31, 2011 Papers publ.online 
Vorträge
Weiss, A.
LCA of energy from microalgae.
2011. EABA Algae Biomass Conference and Expo (2011), Brüssel, Belgien, 29.–30. November 2011 
Weiss, A.; Patyk, A.; Schebek, L.
Potentials of microalgae for sustainable bioenergy production.
2011. Life Cycle Management Conf.2011 (LCM 2011), Berlin, August 28-31, 2011, Life Cycle Management (LCM 2011), Berlin, Deutschland, 28.–31. August 2011 
Poster
Weiss, A.; Patyk, A.; Schebek, L.
Energy production from microalgae - a contribution to a sustainable energy supply?.
2011. 21st SETAC Europe Annual Meeting (2011), Mailand, Italien, 15.–19. Mai 2011 
2010
Poster
Weiss, A.; Patyk, A.; Schebek, L.
Energieerzeugung mit Mikroalgen - ein Beitrag zu nachhaltiger Energieversorgung?.
2010. 4. Konferenz des Netzwerks TA (NTA4): “Technikfolgenabschätzung in der Technikgestaltung” (2010), Berlin, Deutschland, 24.–26. November 2010 

Kontakt

Dr.-Ing. Annika Weiss
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Tel.: 0721 608-26721
E-Mail