Forscher kartieren Mikroalgen, um optimale Klimazonen für den Anbau hochwertiger Naturmaterialien zu untersuchen

Mikroskopisch kleine Algen mögen zwar klein sein, aber sie bergen ein großes Potenzial. Sie sind allgemein als Mikroalgen bekannt und haben in letzter Zeit aufgrund ihrer vielversprechenden Anwendungen in einer Reihe von Branchen, darunter erneuerbare Energien, Pharmazeutik und Kosmetik, große Aufmerksamkeit auf sich gezogen.

Mikroalgen produzieren eine breite Palette chemischer Verbindungen mit hochwertigen Eigenschaften für die Gesundheit und andere Vorteile. Astaxanthin, ein roter Farbstoff, der von einigen Mikroalgen produziert wird, ist ein Antioxidans und wird als Nahrungsergänzungsmittel vermarktet. Viele Arten produzieren Verbindungen mit pharmazeutischen Eigenschaften wie antibakterieller und antiviraler Wirkung. Chlamydomonas reinhardtii ist eine Mikroalge, die häufig in der pharmazeutischen Biotechnologie als idealer Wirt für die Produktion rekombinanter Proteine ​​wie Antikörper, Impfstoffe und Hormone verwendet wird.

Als reichhaltige Quelle für Kohlenstoffverbindungen können Mikroalgen auch als eine der vielversprechendsten Quellen für Biokraftstoffe angesehen werden, was sie zu einer potenziell praktikablen Lösung für den Ausstieg aus fossilen Brennstoffen und die Eindämmung des Klimawandels macht.

Die mit ihrem Anbau verbundenen hohen Kosten sind jedoch eines der Haupthindernisse für das Wachstum des Marktes. Jetzt haben sich Forscher in Brasilien vorgenommen, den industriellen Anbau von Mikroalgen im Freien zu optimieren, indem sie erstmals die Leistung in allen Klimaregionen weltweit kartierten.

Da über 90 % der kommerziellen Mikroalgenkulturen im Freien angebaut werden, können die örtlichen klimatischen Bedingungen einen großen Einfluss auf die Produktivität haben, es fehlen jedoch Daten, um dies zu quantifizieren.

Das Team der Bundesuniversität Santa Maria, Brasilien, hat die Lücke geschlossen, indem es die Leistung von Bioreaktoren für die Mikroalgenkultur in verschiedenen Klimazonen weltweit kartiert. Mithilfe eines geschlossenen Bioreaktors simulierten sie Variablen wie Tageslänge, Sonneneinstrahlung und Temperatur. Die in Tausenden von Stunden an Experimenten gesammelten Ergebnisse werden in drei Artikeln im veröffentlicht Zeitschrift für Chemische Technologie und Biotechnologie.

„Auf der ganzen Welt gibt es nur eine begrenzte Anzahl von Orten, an denen geeignete Bedingungen herrschen [efficient microalgae productivity]. Unsere Studie zielte darauf ab, diese idealen Orte zu definieren“, sagte Eduardo Jacob-Lopes, Bioprocess Intensification Group, Federal University of Santa Maria und Hauptautor der Studien. „Licht und Temperatur sind zwei entscheidende Parameter beim Wachstum eines photosynthetischen Mikroorganismus wie z Mikroalgen.“

Erste im Jahr 2020 veröffentlichte Proof-of-Concept-Experimente kartierten die Leistung der Mikroalgenkultur an sechs Extremstandorten Brasiliens und zeigten, dass die Wahl der geografischen Lage und des lokalen Klimas das Potenzial hatte, die Biomasseproduktivität zu verdreifachen.

Jacob-Lopes bemerkte: „Mikroalgenbiomasse ist das Grundgerüst fast aller auf Mikroalgen basierenden Produkte. Die meisten Produkte sind intrazellulär, sodass die hohe Biomasseproduktivität die hohe Produktion von Produktzielen widerspiegelt.“

Seitdem haben die Forscher die klimatischen Bedingungen für äquatoriale, tropische, subtropische und mittlere Breitengrade simuliert, um eine semiempirische Schätzung der Mikroalgenproduktivität auf der ganzen Welt zu liefern. Die Ergebnisse belegen das Potenzial äquatorialer, tropischer und subtropischer Regionen für eine hochproduktive Mikroalgenkultivierung.

Jacob-Lopes hofft, dass die Ergebnisse dazu beitragen werden, die kommerzielle Rentabilität von Mikroalgen branchenübergreifend zu steigern. „Die technologischen Engpässe hängen mit der Produktion unter realen Bedingungen zusammen. Rohstoffe müssen in großen Mengen zu niedrigen Preisen produziert werden. Durch die Steigerung der kommerziellen Produktivität wird dieses Gleichgewicht erreicht.“