Zielsetzung und Anlass:
Die Eutrophierung stellt eine der größten ökologischen Bedrohungen der Ostsee dar, was sich aktuell in einer riesigen Todeszone (Sauerstoffmangel) am Meeresboden der tiefen Becken wiederspiegelt. Deshalb soll in dieser Machbarkeitsstudie eine nachhaltige marine Biomasse-Produktion des Blasentangs (Fucus vesiculosus) in Freilandversuchen in der Ostsee durchgeführt werden, um mit Hilfe dieser Makroalge eine Abreicherung von überschüssigen Nährstoffen herbeizuführen. In mehreren Schritten werden wir untersuchen inwiefern eine Hochskalierung vom Labor- zum offshore-Maßstab möglich und wie groß das Potenzial von großflächigen offshore-Freilandkulturen von Makroalgen ist. Weiterhin untersuchen wir ob die Biomasse umweltschonend produziert und als Wertstoff (Kosmetik), organischer Dünger, und/oder Biogas-Rohstoff (Energieträger) genutzt werden kann.
Das Gesamtziel des Vorhabens in diesem Konsortium ist somit die Beurteilung der Chancen und Möglichkeiten von großflächigen Makroalgen-Freilandkulturen hinsichtlich:
I. Schaffung eines regional möglichst geschlossenen Nährstoffkreislaufs zur Reduzierung der Nährstoffanreicherung in der südwestlichen Ostsee,
II. Produktion von nachhaltigen Rohstoffen ohne dünge-, pflanzenschutz- und wasser-intensiven Landverbrauch, sowie
III. Prüfung zusätzlicher Ertragsmöglichkeiten für Fischer und Einsparmöglichkeiten für Landwirte.
Das vielfältige Potenzial der Ökosystemdienstleistungen von Blasentang-Freilandkulturen wird somit erstmalig experimentell in der Ostsee untersucht, und trägt zu den UN Nachhaltigkeitszielen bei. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und regionalen Stakeholdern (Fischer, Windparkbetreiber, Landwirte, Anlagenbetreiber für Biogas) durchgeführt.
Arbeitsschritte und Methoden:
Während der Projektdauer von drei Jahren bearbeiten wir vier Schwerpunkte: I. Kultivierung, II. Biomassecharakterisierung, III. Ernte und IV. Nutzung des Blasentangs.
I. die bereits etablierte Nachzucht von Blasentang auf für die Freilandkultur geeignete Substrate wird optimiert. Danach wird die gut funktionierende Algenkultivierung vom Labor- und Mesokosmen-Maßstab zu mittleren Feldkulturen in der Eckernförder Bucht ( Prototyp einer Offshore-Kultur) heraufskaliert. Während all der Stufen der Hochskalierung werden die Effekte auf die Umwelt (abiotisch: Nährstoffgehalte, Sauerstoffkonzentration, pH; biotisch: Biodiversität organismisch und per eDNA) detailliert untersucht. Weiterhin soll die Zusammenarbeit mit Fischern und Windanlagenbetreibern als auch Genehmigungsbehörden (BSH, LLUR etc.) als Stakeholdern in Anspruch genommen werden, zu denen bereits intensive Kontakte bestehen.
II. Die erzeugte Blasentasng-Biomasse wird ökophysiologisch und biochemisch charakterisiert, um bspw. Überlebensgrenzen, optimale Erntezeitpunkte und vielversprechende Wertstoffe zu identifizieren.
III. Die Erntemethodik und Erstbehandlung an Land muss sorgfältig untersucht werden. Hier ist zum einen die Expertise von Fischern gefragt, die zumindest partiell von Fischfang auf die Wartung der Algenkulturen und die Algenernte umsteigen wollen. Der Schwerpunkt liegt auf der Nutzung der Biomasse an Land. Eine energieaufwändige Trocknung soll als Vorbehandlung vermieden werden.
IV. Aus den biochemischen Analysen unter II. lassen sich bereits interessante Wertstoffe (Naturstoffe) z.B. für die kosmetische Industrie ableiten. Ansonsten ist die einfachste und bereits bewährte Nutzungsmöglichkeit das Einarbeiten der Algenbiomasse nach vorheriger Extraktion von Wertstoffen als Ersatz für mineralische Kunstdünger. Vor einer großflächigen und langfristigen Nutzung der Algenbiomasse als natürlicher Mineraldüngerersatz muss deren Belastung mit Schadstoffen, z.B. Schwermetallen, geprüft werden. (Text gekürzt)
Das ELEVATOR-Projekt betrifft die Etablierung sowie die ökonomisch-ökologische Bewertung eines effizient gekoppelten elektrochemischen Prozesses zur Herstellung von biobasierter Furandicarbonsäure (FDCA) und biobasiertem Dimethylfuran (DMF) aus landwirtschaftlichen Reststoffen über das Zwischenprodukt 5-Hydroxymethylfurfural (HMF). FDCA kann als Baustein für die PET-Alternative Polyethylenfuranoat (PEF), eingesetzt werden. PEF ist gegenüber PET nicht nur aus Nachhaltigkeitsgründen vorteilhaft, auch die physikalischen Eigenschaften des Materials werden gegenüber der fossilen PET Variante verbessert. Neben dem Oxidationsprodukt FDCA wird in der elektrochemischen Zelle 2,5-Dimethylfuran (DMF) als Reduktionsprodukt erzeugt, einer Verbindung mit hohem Potenzial als Biokraftstoff und als 'grünes' Lösungsmittel. Der elektrochemische Weg zur Reduktion und Oxidation von HMF ist von besonderem Vorteil, da weder Wasserstoff- oder Sauerstoffgas in den Reaktionsmedien benötigt werden. Ziel des Verbundvorhabens 'ELEVATOR' ist die Entwicklung eines gekoppelten elektrochemischen Verfahrens zur gleichzeitigen Umsetzung von HMF zu FDCA und DMF. Die Eduktströme werden dabei durch hydrothermalen Aufschluss eines lignocellulosehaltigen Reststoffs, bereitgestellt. Ziel ist die Nutzung eines Eduktstroms von industrieller Relevanz, mit der für biogene Rohstoffe typischen Heterogenität und ohne aufwendige und unwirtschaftliche Reinigungsschritte vor der elektrochemischen Umsetzung. Somit bildet der ELEVATOR-Ansatz eine komplette und relevante Prozesskette ab, unter Nutzung eines lignocellulosehaltigen Reststoffs in Kombination mit der elektrokatalytischen Produktion von FDCA und DMF. Die besondere Herausforderung besteht dabei in der Schnittstelle zwischen hydrothermalem Biomasseaufschluss und der anschließenden elektrochemischen Umsetzung, der Abstimmung der Prozessparameter auf die jeweiligen Anforderungen der Prozessschritte und die Hochskalierung des Prozesses.
Die Governance-Verordnung (VERORDNUNG (EU) 2018/1999) verpflichtet alle Mitgliedsstaaten nationale Energie und Klimapläne (NECPs) aufzustellen und ab dem 15.3.23 in zweijährigem Rhythmus entsprechende Fortschrittsberichte vorzulegen.. Das dazu geschaffene Berichtsformat erfordert i gemäß Anhang XVI der Durchführungsverordnung (EU) 2022/2299 verschiedene quantitative und qualitative Angaben zu den durch die Herstellung oder Verwendung von Biokraftstoffen, flüssigen Biobrennstoffen und Biomasse-Brennstoffen verursachten Umweltwirkungen auf die biologische Vielfalt, , die Verfügbarkeit und Qualität von Wasser und die Böden und die Luftqualität. Mit dem Vorhaben soll ein Verfahren entwickelt werden, dass die Erfüllung der Berichtspflicht gemäß der Verordnung (EU) 2018/1999 unter Berücksichtigung der in der Durchführungsverordnung (EU) 2022/2299 festgelegten Reporting Leitlinien der KOM gewährleistet. Dazu ist eine Bestandsaufnahme bestehender Indikatoren und Methoden zur Erhebung quantitativer und qualitativer Parameter solcher Umweltwirkungen vorzunehmen sowie deren Eignung zur Erfüllung der Berichtspflicht zu prüfen. Über eine Lückenanalyse ist der Bedarf für eventuelle weitere erforderliche Indikatoren, einer Harmonisierung der Daten sowie die Erfordernis für eine Aktualisierung und methodischer Ergänzungen zu ermitteln. Ein weiterer wichtiger Aspekt des Vorhabens ist , Konzepte zur regelmäßigen Abfrage entsprechender Daten auch für weitergehend Bedarfe zu erarbeiten und im Hinblick auf vorhandene Strukturen der Datenbereitstellung zu evaluieren. Das Vorhaben zielt auf eine Verstetigung des Verfahrens zur Erfüllung der Berichtspflicht.