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Entwicklung und Bilanzierung eines Photobioreaktorsystems zur Makroalgenkultivierung am Standort einer landwirtschaftlichen Biogasanlage

  • Marine Makroalgen besitzen vielversprechende Eigenschaften und Inhaltsstoffe für die Verwendung als Energieträger, Nahrungsmittel oder als Ausgangsstoff für Pharmazeutika. Dass die Quantität und Qualität der in natürlicher Umgebung wachsenden Makroalgen schwankt, reduziert jedoch deren Verwertbarkeit und erschwert die Erschließung hochpreisiger Marktsegmente. Zudem ist eine Ausweitung der Zucht inMarine Makroalgen besitzen vielversprechende Eigenschaften und Inhaltsstoffe für die Verwendung als Energieträger, Nahrungsmittel oder als Ausgangsstoff für Pharmazeutika. Dass die Quantität und Qualität der in natürlicher Umgebung wachsenden Makroalgen schwankt, reduziert jedoch deren Verwertbarkeit und erschwert die Erschließung hochpreisiger Marktsegmente. Zudem ist eine Ausweitung der Zucht in marinen und küstennahen Aquakulturen in Europa gegenwärtig wenig aussichtsreich, da vielversprechende Areale bereits zum Fischfang oder als Erholungs- bzw. Naturschutzgebiete ausgewiesen sind. Im Rahmen dieser Arbeit wird demzufolge ein geschlossenes Photobioreaktorsystem zur Makroalgenkultivierung entwickelt, welches eine umfassende Kontrolle der abiotischen Kultivierungsparameter und eine effektive Aufbereitung des Kulturmediums vorsieht, um eine standortunabhängige Algenproduktion zu ermöglichen. Zur Bilanzierung des Gesamtkonzeptes einer Kultivierung und Verwertung (stofflich oder energetisch) werden die spezifischen Wachstumsraten und Methanbildungspotentiale der Algenarten Ulva intestinalis, Fucus vesiculosus und Palmaria palmata in praktischen Versuchen ermittelt. Im Ergebnis wird für den gegenwärtigen Entwicklungsstand der Kultivierungsanlage eine positive Bilanz für die stoffliche Verwertung der Algenart Ulva intestinalis und eine negative Bilanz für die energetische Verwertung aller untersuchten Algenarten erzielt. Wird ein Optimalszenario betrachtet, indem die Besatzdichten und Wachstumsraten der Algen in der Zucht erhöht werden, bleibt die Energiebilanz negativ. Allerdings summieren sich die finanzielle Einnahmen durch einen Verkauf der Algen als Produkt auf jährlich 460.869€ für Ulva intestinalis, 4.010€ für Fucus vesiculosus und 16.913€ für Palmaria palmata. Im Ergebnis ist insbesondere eine stoffliche Verwertung der gezüchteten Grünalge Ulva intestinalis anzustreben und die Produktivität der Zuchtanlage im Sinne des Optimalszenarios zu steigern.show moreshow less
  • Marine macroalgae have renown properties as feedstock for fuel, food or pharmaceuticals. However, since the quantity and quality of naturally grown algae vary widely, their exploitability is reduced – especially for producers in high priced markets. Moreover, the expansion of marine or shore-based cultivation systems is unlikely in Europe, since promising sites either lie in fishing zones,Marine macroalgae have renown properties as feedstock for fuel, food or pharmaceuticals. However, since the quantity and quality of naturally grown algae vary widely, their exploitability is reduced – especially for producers in high priced markets. Moreover, the expansion of marine or shore-based cultivation systems is unlikely in Europe, since promising sites either lie in fishing zones, recreational areas or natural reserves. The aim of this thesis was therefore to develop a closed photobioreactor system enabling full control of abiotic environmental parameters and an effective reconditioning of the cultivation medium in order to produce marine macroalgae at sites distant from shore. Using environmental management accounting methods, the potential output of macroalgae cultivation and valorization (product- or energy-based) is being assessed based on the specific growth rates and methane yields achievable with the species Ulva intestinalis, Fucus vesiculosus and Palmaria palmata. The balancing results for the status quo of the developed cultivation system show a positive outcome for a product-based valorization of the species Ulva intestinalis and a negative outcome for an energy-based valorization of all species investigated. Considering an optimum scenario providing an increase of growth rates and culture density, the balance of an energy-based valorization remains negative for all three species. However, the financial income by selling the cultivated macroalgae as a product sums up to a yearly amount of 460.869€ for Ulva intestinalis, 4.010€ for Fucus vesiculosus and 16.913€ for Palmaria palmata. Concluding, a product-based valorization seems promising – especially for the green algae Ulva intestinalis – when the productivity of the developed cultivation system is increased in accordance to the framework of the optimum scenario.show moreshow less

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Metadaten
Document Type:Doctoral Thesis
Author:Dr.-Ing. Tonia Annick Schmitz
URN (Cite-Link):https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:wim2-20200604-41774Cite-Link
DOI (Cite-Link):https://doi.org/10.25643/bauhaus-universitaet.4177Cite-Link
Referee:Prof. Dr.-Ing. Eckard Kraft, Prof. Dr.-Ing. Jörg LondongORCiDGND, Prof. Dr.-Ing. Kerstin KuchtaORCiDGND
Advisor:Prof. Dr.-Ing. Eckard Kraft
Language:German
Date of Publication (online):2020/06/04
Date of first Publication:2020/06/04
Date of final exam:2020/05/12
Release Date:2020/06/04
Publishing Institution:Bauhaus-Universität Weimar
Granting Institution:Bauhaus-Universität Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen
Institutes and partner institutions:Fakultät Bauingenieurwesen / Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme
Page Number:220
Tag:Biogasproduktion; Makroalgen; Photobioreaktorsystem
GND Keyword:Makroalgen; Photobioreaktor; Biogas
Dewey Decimal Classification:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
BKL-Classification:43 Umweltforschung, Umweltschutz
Licence (German):License Logo Creative Commons 4.0 - Namensnennung (CC BY 4.0)