Aufgabe 4 · Abitur NRW Biologie GK · Algenkultur 2025

Thema: Fotosynthese · Aus der Prüfung GK · Algenkultur (2025)

Aufgabenstellung

Material 3: Einfluss von CO₂ und Rauchgas auf die Biomasseproduktion

Algen könnten in Zukunft für eine alternative Nahrungsmittelproduktion eingesetzt werden. Das Ziel für die Entwicklung solcher Nahrungsmittel ist eine hohe Proteinmenge. Um dies zu erforschen, wurden zwei Versuche mit Algenkulturen durchgeführt.

Zum einen wurde untersucht, welchen Einfluss das Einleiten von Luft verschiedener Zusammensetzung auf die Biomasseproduktion von Algen hat (Abb. 1). Untersucht wurde der Einfluss von Luft mit 0,04 % CO₂, von Luft mit erhöhtem CO₂-Anteil (9 % CO₂) und von Rauchgas. Rauchgase sind Verbrennungsprodukte von Brennstoffen aus Kraftwerken, die neben einem CO₂-Anteil von 9 % noch andere Verbindungen enthalten. Kohlenstoffdioxid bildet in der wässrigen Umgebung der Algen Kohlensäure, so dass die kontinuierliche Zufuhr von überschüssigem CO₂ zu einem Absinken des pH-Wertes führt. Dadurch wird das Kulturmedium immer saurer. Der optimale pH-Wert für die untersuchten Algen liegt im neutralen Bereich. Auch andere Verbindungen, wie die aus dem Rauchgas, senken den pH-Wert.

Zum anderen wurde die Proteinmenge in der Biomasse der Algen bei gleichen Versuchsbedingungen bestimmt (Abb. 2).

4 Beschreiben Sie die in Abbildung 2 dargestellten Versuchsergebnisse und interpretieren Sie diese (M 3).

Diskutieren Sie die Verwendung von Rauchgas bei der Kultivierung von Algen zur Nutzung als alternative Proteinquelle (M 3). [13 BE]

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Aufgabenstellung: Aufgabe 4 · Abitur NRW Biologie GK · Algenkultur 2025

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

4. Beschreiben Sie die in Abbildung 2 dargestellten Versuchsergebnisse und interpretieren Sie diese (M 3).

Lösung: Beschreiben: - Luft mit 0,04 % CO2\text{CO}_2: Zuwachs der Proteinmenge auf ca. 20 % in den ersten drei Tagen, leichter Rückgang bis zum sechsten Tag. - CO2\text{CO}_2-reichhaltige Luft sowie Rauchgaszufuhr: Zunächst Zunahme nach drei Tagen auf 30 % bzw. 28 %, danach Abnahme auf 20 % bzw. 19 % nach sechs Tagen. Interpretieren: - CO2\text{CO}_2 wird in der Fotosynthese fixiert und zur Glucose- und damit Biomasseproduktion benötigt. - Bei erhöhter CO2\text{CO}_2-Zufuhr und Rauchgas-Zufuhr →\rightarrow Erhöhung der Fotosyntheseleistung und damit der Biomasseproduktion, da CO2\text{CO}_2 nicht länger der limitierende Faktor ist. - Bei kontinuierlicher Zufuhr von CO2\text{CO}_2 sinkt der pH-Wert, so dass der relative Proteinanteil in der Biomasseproduktion wieder abnimmt. - Im Laufe der Zeit wird der abnehmende pH-Wert zum limitierenden Faktor bei der relativen Proteinmenge in der Gesamtbiomasse. - Bei Rauchgas sinkt der pH-Wert aufgrund der zusätzlichen weiteren sauren Verbindungen schneller.

4. Diskutieren Sie die Verwendung von Rauchgas bei der Kultivierung von Algen zur Nutzung als alternative Proteinquelle (M 3).

Lösung: Pro: - Deutliche Steigerung der Biomasse im Gegensatz zu Luft mit 0,04 % CO2\text{CO}_2-Gehalt vergleichbar mit erhöhtem CO2\text{CO}_2-Gehalt. - Vergleichbarer Proteingehalt wie bei Luft mit erhöhtem CO2\text{CO}_2-Gehalt. - Rauchgas als Abfallstoff viel vorhanden und muss entsorgt werden. Contra: - Auswirkungen, die andere Verbindungen aus dem Rauchgas auf die Zusammensetzung der Algen haben, sind unklar. - Der Aufwand zur Ernte der Algen ist sehr hoch, da häufig geerntet werden muss, um die Abnahme der relativen Proteinmenge zu vermeiden. Abwägen der Argumente: Wenn das Rauchgas für die Nahrungsmittelproduktion genutzt werden soll, muss sichergestellt werden, dass die Alge als Lebensmittel keine negativen Auswirkungen für die Konsumenten haben.

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