Projekt

Mit Hilfe von Algen und Hefen wurde in diesem Projekt die Produktion von Schmierstoffen (u.a. für Kraftfahrzeuge) aus CO2 vorangetrieben. Dazu wurde ein spezieller Photobioreaktor gebaut, mit dessen Hilfe die Algen kultiviert und mit CO2 aus Verbrennungsmotoren versorgt werden konnten. Um umweltfreundliche Schmierstoffe aus CO2 zu gewinnen und langfristig in Lipiden zu binden, wurden Mikroalgenstämme gesucht, die CO2 in besonders großen Mengen in Lipide umsetzen und deren Biomasse zu 30 Prozent aus Lipiden besteht. Um einen rückstandsfreien Prozess zu erreichen, werden Hefen eingesetzt, die aus den Resten der Algenaufarbeitung gleichermaßen nutzbare Lipide produzieren. Für beide Prozesse mussten geeignete Kultivierungsbedingungen zur Lipidbildung gefunden werden.

Gleichzeitig musste die Zusammensetzung der produzierten Lipide für die Eignung als Schmierstoff überprüft werden. Der Gesamtprozess wurde anschließend in einer Ökobilanz dargestellt und mit der Produktion konventioneller petrochemischer und pflanzlicher Schmierstoffe verglichen.

Die im Projekt gebildeten Lipide sollten in Sitzschienen von Autos Verwendung finden. Dazu müssen die Schmierfette im Gebrauchstemperaturbereich von -20 bis 80 °C einsetzbar sein, niedrige Reibung und geringen Verschleiß aufweisen und dürfen keinen störenden Eigengeruch haben.

Vorgehen:

- Für die Kultivierung wurden sowohl verfügbare Flat-Panel Airlift Photobioreaktoren in den technischen 100 l-Maßstab übertragen als auch ein neuartiger Flachplatten-Fermenter entwickelt, bei dem die CO2-Zuführung aus Abgas erfolgen konnte.

- Die Ölhefen wurden mit Prozessoptimierungs- und gentechnischen Maßnahmen angepasst, um die Gesamtproduktivität der Lipide zu verbessern und den Ölsäuregehalt zu erhöhen.

- Die produzierten Fette wurden hinsichtlich Reibung und Verschleiß tribologisch untersucht und bewertet.

Ergebnisse:

- Mit dem Algenstamm Microchloropsis salina konnte eine Zelldichte von 26,4 g/l und unter Stickstofflimitierung ein Lipidanteil von 51,2 % der Trockenmasse erreicht werden.

- Die Algenöle enthielten einen großen Anteil an ungesättigten Fettsäuren, weshalb keine gute Thermostabilität erzielt werden konnte.

- Durch die Prozessoptimierung konnte der Stockpunkt des Hefeöls von 15 °C auf 5 °C gesenkt werden und der Ölsäuregehalt von 51 % auf 58 % erhöht werden.

- Die Hefeöle können nicht als alleinige Basisöle eingesetzt werden, da sie bei Raumtemperatur flüssig/halbflüssig sind. Durch Abmischversuche mit anderen Ölen wurde ein maximaler Gehalt von 15 % im Schmieröl festgelegt. Alle untersuchten, nachhaltigen Schmierstoffe zeigten verschleißintensivere und reibinstabilere Eigenschaften.

- In der Ökobilanz wurde für die biotechnisch hergestellten Fette Emissionen von 3,56 kg CO2-Äquivalenten pro Kilogramm Hefeöl ermittelt. Die Produktionskosten wurden auf 0,95 bis 1,6 USD pro Kilogramm beziffert.