[01] Die Erfindung offenbart ein Verfahren zur Ernte von Algen aus einer Algensuspension, insbesondere aus einer Mikroalgensuspension, wobei eine spezielle Art der Aufkonzentration der Algensuspension erfolgt.

[02] Algen gelten als einer der aussichtsreichsten Mikroorganismen, um CO ₂ zu binden bzw. umzuwandeln. Insbesondere werden solche Algen in ein energetisch hochwertiges Produkt, insbesondere Dieselkraftstoff, ura- gewandelt. Bei dieser Umwandlung werden die Lipide ausgenutzt, welche in den Algen vorhanden sind. Weitere Umwandlungen zum Beispiel in Tierfutter oder Kosmetika sind bekannt.

[03] Da Algen in wässrigen Lösungen gezüchtet werden oder wachsen, müssen die Algen von der wässrigen Lösung getrennt werden. In diesem Zusammenhang wird von den Algen auch als Biomasse gesprochen. Für das Abscheiden der Biomasse wird gemäß dem Stand der Technik das Zentrifugieren als etablierte Methode verwendet. Dabei werden in einer Zentrifuge die flüssigen von den festen Bestandteilen getrennt.

[04] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.

BESTÄTIGUNGSKOPIE [05] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Ernten von Algen aus einer Algensuspension, insbesondere aus einer Mikroalgensuspension, wobei eine Aufkonzentration der Algensuspension mittels eines Membranfilters erfolgt, sodass ein erstes Filtrat aus einer Nährflüssigkeit und ein erstes Konzentrat aus einer Algensuspension vorliegt. Dadurch kann ein Verfahren bereitgestellt werden, bei dem der Energieeinsatz verringert ist.

[06] Begrifflich sei folgendes erläutert:

[07] „Algen" der hier bezeichneten Art umfassen in Wasser lebende oder sich in wässriger Umgebung vermehrende eukaryotische, pflanzenartige Lebewesen, die Photosynthese betreiben, jedoch taxonomisch nicht zu den eigentlichen Pflanzen gehören. Auch prokaryotische Zellen wie beispielsweise Blaualgen (Cyanophycea) oder Blau-Grünalgen können umfasst sein. Zu den umfassten Algen zählen insbesondere Schadalgen in Seen und Meeren. Weiterhin sind sowohl Süß- als auch Meerwasseralgen umfasst. Insbesondere sind folgende Gruppen von Algen oder Algenarten umfasst: Haptophyta, Schlundgeißler (Cryptista), Dinozoa, Raphidophyceae, Chlo- rarachniophyta, Goldalgen (Chrysophyta), Kieselalgen (Bacillariophyta, auch Diatomeen), Braunalgen (Thaeophyta), Rotalgen (Rhodophyta), Grünalgen und Ticobiliphyta, wobei die hier aufgezählten Algen besonders bevorzugt in Salzwasser verwendet werden. Insbesondere können die Salzwasseralgen Nannochloropsis, Isochrysis, Phaeodactylum, Tetrasel- mis, Dunaniella und/oder Spirulina und die Süßwasseralgen Chlorella verwendet werden. Dabei können die Algen in dem Temperaturbereich von 0°C bis 40°C und bei Drücken von oberhalb Obar bis 5bar und insbesondere bei Werten von ca. lbar kultiviert und/oder gezüchtet werden.

[08] Die„Algensuspension" kann insbesondere so ausgelegt sein, dass für Algen optimierte Wachstumsbedingungen vorliegen. So können der Algensuspension Nährstoffe wie beispielsweise C0 ₂ künstlich hinzugefügt werden. Weiterhin kann die Algensuspension in Bioreaktoren gelagert werden, in denen optimierte Wachstumsbedingungen herrschen. So können die Bioreaktoren eine große sonnenlichtbestrahlte Oberfläche aufweisen, welche das Wachstum der Algen fördert. [09] Als„Filtrat" wird insbesondere der flüssige Bestandteil der Algensuspension ohne Algen nach dem Filtrationsprozess bezeichnet. Dieses Filtrat enthält insbesondere auch noch die Nährstoffe, die die Algen zuvor zum Wachsen verwendet haben. Weiterhin kann dieses Filtrat hochwertige Substanzen aufweisen, welche durch die Algen produziert werden. Zu die- sen hochwertigen Substanzen zählen insbesondere Polysaccharide, Die Nährstoffe und die wässrigen Bestandteile können eine Nährflüssigkeit bilden.

[10] Als„Konzentrat" ist die aufkonzentrierte Algensuspension bis hin zum reinen Trockensubstanzanteil der Algensuspension zu verstehen. Das Konzentrat kann auch noch Nährflüssigkeit aufweisen.

[11] Als„Membranfilter" kommen insbesondere Filter zum Einsatz, bei denen der Stofftransport entweder über ein Lösungsdiffusionsmodell oder über ein hydrodynamisches Modell erfolgt, wobei beide Modelle auch parallel auftreten können. Beim Lösungsdiffusionsmodell erfolgt der Transport im Wesentlichen durch die Diffusion, wobei die zu transportierenden Komponente in der Membran gelöst sind. Beim bevorzugt verwendeten hydrodynamischen Modell erfolgt der Stofftransport rein konvektiv.In einer weiteren Ausführungsform erfolgt ein Steuern oder ein Regeln des Erntens, wobei als ein Stellvorgang die Algensuspension dem Membranfilter zuführbar ist. Dadurch kann das Ernten abhängig von bestimmten Parametern erfolgen. [12] So kann bei einem Steuern anhand einer Zeit die Ernte dadurch automatisch erfolgen, dass die Steuerung ein oberhalb des Membranfilters liegendes Ventil öffnet, sodass die Algensuspension mittels Gravitation durch das Membranfilter gepresst wird. Mittels Druck- oder Saugpumpen kann über Schläuche die Algensuspension dem Membranfilter zugeführt werden, sodass ein Druckgradient entsteht, welcher den Filterprozess unterstützt. Insbesondere können somit Schadalgen aus einem See oder Algen aus einem Photobioreaktor geerntet werden.

[13] Ein Regeln kann alternativ oder ergänzend zum Steuern dadurch erfolgen, dass Sensordaten ausgewertet werden und anhand bestimmter Stellparameter die Algensuspension über Pumpen und/oder Ventile dem Membranfilter zugeführt wird. Als Sensordaten können Algenqualität, insbesondere Größe oder optische Absorption der Algen, oder Nährflüssig- keitsqualität, insbesondere der pH- Wert, mittels eines Sensors bestimmt werden.

[14] Um nur eine Steuerung oder nur einen Regler und die zugehörigen Vorrichtungen zu verwenden, kann das Membranfilter modular aufgebaut sein. So können mehrere Photobioreaktoren mit jeweils einem Membranfilter über eine Steuerung oder eine Regelung zum Ernten betrieben werden. Auch können mehrere Membranfilter zu„einem" Membranfilter zusammengeschaltet werden, wodurch sich die Erntezeit deutlich verringern kann. [15] In einer Ausprägungsform der Erfindung kann das Membranfilter eine permeable Membran aufweisen. Dabei kann das Filtrat durch die permeable Membran hindurch gelangen und sich so separieren, wobei das Konzentrat die Membran nicht überwindet.

[16] Da insbesondere Mikroalgen bis zu einem und sogar mehreren Mik- rometer Größe verwendet werden, kann das Membranfilter eine Hohlfasermembran aufweisen, um Kapillarkräfte auszunutzen.

[17] In einer weiteren Ausprägungsform des Verfahrens kann die Hohlfasermembran perforierte Glasfaserhohlstäbe aufweisen. Dadurch kann vorteilhafter Weise ein Anhaften der Algen an das Filter reduziert werden. [18] Damit die Algen nicht in die Glasfaserhohlstäbe eindringen, können die perforierten Glasfaserhohlstäbe eine Poren weite von ca. 0,05 μπι aufweisen. [19] In einer weiteren Ausprägungsform des Verfahrens kann die Aufkonzentration der Algensuspension bis zu einer Dichte zwischen 50 g Trockensubstanz pro Liter (g TS/1) und 400 g Trockensubstanz pro Liter, insbesondere zwischen 100 g Trockensubstanz pro Liter und 250 g Trocken- Substanz pro Liter erfolgen. Dadurch kann bereits ein großer Teil des Filt- rats aus der Nährflüssigkeit der Algensuspension entnommen werden. Insbesondere kann das Aufkonzentrieren der Algensuspension bis zu einer Dichte zwischen 4 g Trockensubstanz pro Liter und 400 g Trockensubstanz pro Liter erfolgen, wobei die Dichte insbesondere einen Wert zwi- sehen 10 g Trockensubstanz pro Liter und 250 g Trockensubstanz pro Liter oder einen Wert zwischen 20 g Trockensubstanz pro Liter und 80 g Trockensubstanz pro Liter aufweist.

[20] Um den Ernteprozess für die hochkonzentrierten Algensuspensionen zu beschleunigen kann diese aufkonzentrierte Algensuspension zentrifu- giert werden, sodass ein zweites Filtrat aus einer Nährflüssigkeit und ein zweites Nährflüssigkeitskonzentrat aus einer Algensuspension vorliegt. Somit liegt dann eine Biomasse aus den Algen zur weiteren Verarbeitung vor.

[21] In einer weiteren Ausführung des Verfahrens kann die Aufkon- zentration bis zu einer Dichte zwischen 5 g Trockensubstanz pro Liter und 50 g Trockensubstanz pro Liter erfolgen. Dadurch kann die Größe und/oder die Anzahl der Membranfilter für die Erntemenge an Algen pro Zeit reduziert werden. [22] Wie sich durch die Versuche des Erfinders herausgestellt hat, ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn die Aufkonzentration bis zu einer Dichte zwischen 10 g Trockensubstanz pro Liter und 20 g Trockensubstanz pro Liter erfolgt. [23] Um den Einsatz der Nährflüssigkeit zu reduzieren oder um die Umweltverträglichkeit zu erhöhen, kann das erste oder das zweite Filtrat aus der Nährflüssigkeit wiederverwendet werden.

[24] Um eine Eindickung der Algensuspension zu erreichen, kann dem ersten Konzentrat aus Algensuspension ein Flockungsmittel zum Eindi- cken des Konzentrats der Algensuspension zugeführt werden.

[25] Zunächst sei der Begriff„Flockung" erläutert. Durch die Flockung können feinste suspendierte und kollodial gelößte, störende Wasserinhaltsstoffe wie Plankton, Eisenschlamm oder vorliegend Algen aus dem Wasser entfernt werden. Die Grenze zwischen suspendierten und kollodial ge- lößten Teilchen liegt bei ca. 0,45 Mikrometer. Wenn die Dichte der feinen Teilchen dem des Wassers entspricht, dann können sich diese in einer Schwebe halten und nicht sedimentieren.

[26] Ein weitere Störung der Sedimentation ist durch die gegenseitige Abstoßung der einzelenen Teilchen untereinander gegeben. Diese Teilchen sind häufig negativ geladen und stoßen sich dabei gegenseitig ab und verhindern eine gegenseitige Zusammenballung. Dies kann ebenfalls die Sedimentation verhindern. [27] Bei der Flockung werden diese kleinen Teilchen zu größeren Flocken sogenannte Makroflocken zusammengeballt, sodass diese dann eine größere Dichte erhalten, wodurch dann ein Sedimentieren erfolgen kann.

[28] Über ein Flockungsmittel können die feinen Teile entstabilisiert werden, damit sie sich nicht mehr gegenseitig abstoßen. Solche Flockungsmittel können Aluminium- oder Eisen-III-salze sein. Nach der Ent- stabilisierung können sich die feinen Teilchen zusammenballen, dieser Teil wird auch Koagulation gennant. Gleichzeitig werden aber auch Flocken gebildet, in denen die bereits koagulierten Flocken eingebunden werden, und dadurch abscheidefähig gemacht werden. Diesen Teil nennt man Floc- culation. Eine Flockung kann demnach Koagulation und Flocculation umfassen.

[29] Auch kann der pH Wert für Flockung angepasst werden. Wenn Eisensalze verwendet werden, kann der pH Wert beispielsweise zwischen 5,5-7,5 liegen. Bei Aluminiumsalzen ist insbesondere ein pH Wert zwischen 5,5-7,2 bevorzugt. Vorliegend können insbesondere auch organische Flockungsmittel wie Chitosan oder Polyacrylate eingesetzt werden.

[30] Weitere Vorgehens weisen und Anwendungen der Flockung können den Schriften Mutschmann, Stimmelmayr /Taschenbuch der Wasserver- sorgung/ Frackh-Verlag und Damrath- Cord- Landwehr/ Wasserversorgung/ B.G. Teubner Verlag entnommen werden, deren Inhalt in Bezug auf die Flockung Bestandteil dieser Schrift sind. [31] Um die Biomasse aus Algen weiter verarbeiten zu können, kann nach dem zuvor beschriebenen Schritte ein Sieben mittels eines Siebes oder eines feinporigen Gewebes, insbesondere eines Gazes erfolgen, sodass ein drittes Filtrat aus einer Nährflüssigkeit und ein drittes Konzentrat aus einer Algensuspension vorliegt.

[32] In einem weiteren Aspekt der Erfindung des Verfahrens kann das zuvor beschriebene dritte Filtrat wiederverwendet und der Algensuspension zugeführt werden.

[33] In einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch das erste Algensuspensionskonzentrat, welches nach einer Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens vorliegt.

[34] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch das erste Nährflüssigkeitsfiltrat, welches nach einer Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens vorliegt. [35] In einem fünften Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch das zweite Algensuspensionskonzentrat, welches nach einer Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens vorliegt.

[36] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch das zweite Nährflüssigkeitsfiltrat, welches nach einer Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens vorliegt. [37] In einem sechsten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch das dritte Algensuspensionskonzentrat, welches nach einer Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens vorliegt.

[38] In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch das dritte Nährflüssigkeitsfiltrat, welches nach einer Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahren vorliegt.

[39] Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei stellt

Figur 1 den Ablauf des erfinderischen Verfahrens mit zugehörigen

Schritten dar.

[40] An einem Anfang 1 liegt eine Mikroalgensuspension in einem Photobioreaktor in einer Konzentration von 1 bis 2 g Trockensubstanz pro Liter oder in einem Algenpond mit einer Mikroalgensuspension in einer Konzentration zwischen ca. 0,2 bis 0,5 g Trockensubstanz pro Liter vor. [41] Diese Mikroalgensuspension wird mittels eines Membranfilters auf eine Konzentration zwischen 10 g Trockensubstanz pro Liter bis 20 g Trockensubstanz pro Liter aufkonzentriert 2. Dabei kommt das Membranfilter des Typs PURON™ der Firma Kochmembran Systems (KMS) aus Aachen zum Einsatz. Dieses PURON™ Membranfilter besteht aus perforierten Fieberglashohlstäben mit einer Porenweite von 0,05 μπι. Dabei werden die Mikroalgen zurückgehalten und das Wasser mit Salzen und Nährstoffen wird durch das Membranfilter durchlässig geführt. Nach dem Aufkonzen t- deren 2 liegt ein erstes Filtrat Fl aus Wasser, Salzen und Nährstoffen und ein erstes Konzentrat Kl aus einer aufkonzentrierten Mikroalgensuspensi- on vor.

[42] Das erste Filtrat Fl wird dem Photobioreaktor oder dem Algenpond als wiederverwendetes Filtrat Rl zurückgeführt. Dies ist in Figur 1 als Schritt 6 gekennzeichnet.

[43] Das erste Konzentrat Kl kann entweder zentrifugiert werden (nicht dargestellt).

[44] Nach dem Zentrifugieren liegt ein zweites Filtrat aus Wasser, Salzen und Nährstoffen und ein zweites Konzentrat aus einer aufkonzentrierten Mikroalgensuspension vor. Je nach Intensität des Zetrifugierens ist das zweite Konzentrat frei von Wasser, Salzen oder Nährstoffen.

[45] Das erste Konzentrat Kl kann mit einem Flockungsmittel eingedickt 3 werden. [46] Beim Eindicken kommt als Flockungsmittel vorzugsweise das Flockungsmittel der Marke NICASAL der Firma Sachtleben Wasserchemie GmbH zum Einsatz.

[47] Die eingedickten Algen werden mittels eines Gazes gesiebt, was mit Schritt 4 gekennzeichnet ist. Ein solches Gaze ist insbesondere ein feinpo- riges Gewebe. Nach dem Sieben 4 liegt ein drittes Filtrat F3 vor. Dieses dritte Filtrat umfasst Wasser, mit gelösten Salzen oder Nährstoffen und wird als Nährflüssigkeit R3 an den Photobioreaktor 1 oder dem Algenpond 1 zurückgeführt 7.

[48] Die abschließend vorliegende Algenbiomasse 5 hat einen Trockensubstanzanteil zwischen 10 % und 30 . Diese Algenbiomasse kann dann für die Herstellung von Dieselkraftstoff, Kosmetika, Tiernahrungsmittel, Nahrungsergänzungsmittel etc. eingesetzt werden.