Aufgabe 3 · Abitur NRW Biologie GK · Algenkultur 2025

Material 1: Kultivierung von Algen

Mikroalgen sind einzellige, Fotosynthese betreibende Organismen, die im Vergleich zu Landpflanzen eine viel höhere Biomasseproduktivität aufweisen. Aus Algen kann ähnlich wie aus Früchten, wie z. B. Oliven, ein Öl gewonnen werden. Der Öl-Ertrag bei Mikroalgen liegt zwischen 46 und 140 Tonnen pro Hektar und Jahr, bei Landpflanzen wie z. B. Ölpalmen bei ca. 6 Tonnen pro Hektar und Jahr.

Bei der Kultivierung von Algen werden zwei verschiedene Systeme unterschieden: offene und geschlossene. Offene Systeme sind flache Teiche, die den Wetterbedingungen ausgesetzt sind. Diese Systeme benötigen eine große Fläche, über die Verunreinigungen eingetragen werden können. Das Wasser muss in Bewegung gehalten werden. Diese Systeme haben für den Betrieb einen relativ geringen Energiebedarf pro Kubikmeter Wasser und sind wartungsarm.

Geschlossene Systeme sind Anlagen mit ca. 6 m hohen Röhren, in denen die Algen kontrolliert gezüchtet werden. Der genutzte Platz ist im Vergleich zu offenen Systemen bei gleicher Ausbeute an Biomasse halb so groß. Die transparenten Kunststoffröhren werden schubweise belüftet, um CO 2 -haltiges Gas einzupumpen und die Lösung in Bewegung zu halten. Der Energiebedarf pro Kubikmeter Wasser ist dementsprechend hoch. Die Röhren werden je nach Verschmutzungsgrad gereinigt oder ausgetauscht, um die Produktivität der Anlage zu erhalten. Der gebildete Sauerstoff muss aus der Anlage entweichen können, da es ansonsten zu Wachstumshemmungen kommt.

(in Anlehnung an Kuhn, 2018 und Zarre, 2015)

Material 2: Modellrechnung mit Algenkulturen

Die Technische Universität Hamburg-Harburg hat für ein kleines Modellkohlekraftwerk kalkuliert, ob es möglich wäre, das gesamte in diesem Kraftwerk gebildete Kohlenstoffdioxid mithilfe von Algen aufzufangen. Das Kraftwerk würde ausreichen, um bis zu zwei Stadtteile Hamburgs mit Energie zu versorgen.

Bei einem geschlossenen System würde eine Fläche von 84 Hektar für die Anzucht der Algen benötigt. Dies entspricht einem Flächenbedarf von ca. 118 Fußballfeldern. Außerdem könnte diese Anlage nur bei kräftiger Sonneneinstrahlung effektiv funktionieren. Die aus den Röhren gewonnenen Algen könnten zur Herstellung von Biodiesel oder von Nahrungsmitteln auf Algenbasis genutzt werden.

(in Anlehnung an o. A., 2008 und Skarka, 2015)

3 Diskutieren Sie den Einsatz von Algenkulturen zur Reduzierung der $\text{CO}_2$-Emission in Deutschland (M 1, M 2). [5 BE]