Inhaltsverzeichnis
Algen als Lebensspender
1. Algen sind der Ursprung unserer Existenz
Jedes zweite Sauerstoffmolekül, das wir zum Atmen brauchen, stammt aus der Photosynthese der Algen. Sie sind die Hauptsauerstofflieferanten nicht nur in den Gewässern, sondern auch an der Erdoberfläche. Unsere Existenz und die Existenz aller übrigen im Wasser lebenden Organismen hängen von Algen ab.
Die ein- und mehrzelligen Pflanzen kommen hauptsächlich in aquatischen Lebensräumen, selten aber auch an Land vor. Dabei gehören sie zu den ältesten pflanzlichen Organismen der Erde.
Cyanobakterien, bekannt als Blaualgen, waren vor rund 3,5 Milliarden Jahren die ersten Sauerstoff produzierenden Organismen der Erde. Nach neueren wissenschaftlichen Erkenntnissen sind sie aber keine Algen, sondern Bakterien. Sie bestehen zum Großteil aus Chlorophyll. Nach der Symbiontentheorie haben echte Pflanzenzellen sich die Bakterien einverleibt. Wissenschaftler gehen nach Fossilienfunden davon aus, dass eukaryotische Algen, mit einem Zellkern, vor 2,2 Milliarden Jahren entstanden sind. Die einverleibten Blaualgen dienen ihren Zellen als Photosynthesekraftwerke.
Cyanobakterien und Algen wird das Verdienst zugeschrieben, die giftige Uratmosphäre durch Photosynthese in eine sauerstoffreiche verwandelt zu haben. Die Entfaltung tierischen Lebens auf dem Planeten wurde erst durch sie möglich.
2. Klimaretter Algen?
Algen können das Klima verändern und wirken dem Treibhauseffekt zum Teil entgegen. Sie entziehen der Atmosphäre Kohlenstoffdioxid und binden sie in organische Materie. Dabei wandeln Algen dreimal mehr CO2 um als Nutzpflanzen.
Dieses Phänomen ist bei warmen Temperaturen zu beobachten: Die kleinen Meeresbewohner produzieren dann die Schwefelverbindung Dimethylsulfoniopropionat (DMSP). Bakterien wandeln die Substanz in den Klimawirkstoff Dimethylsulfid (DMS) um, der in die Luft aufsteigt. Dort sorgt er zum einen für den typischen Meeresduft, zum anderen regt er die Wolkenbildung an. Weniger Sonne, mehr Wolken - die Atmosphäre kühlt sich ab.
Der Klimaeffekt der Algen interessiert die Forschung besonders. In etwa 2000 Studien versuchten Experten, den Klimaeffekt zu berechnen. Wissenschaftler vom Institut für Meereskunde in Barcelona (CSIC) haben in diesem Jahr ein riesiges Datenarchiv gehoben. Es umfasst mittlerweile 50.000 Messungen aus aller Welt, die nun ausgewertet wurden. Ergebnis: Algen kühlen tatsächlich das Klima, vor allem über den Ozeanen der Südhalbkugel. Ihre Wirkung ist dort besonders groß, da Wärme die Algen zu mehr Schwefelbildung anregt.
Trotz ihrer wichtigen Rolle bei der Wolkenbildung, so die Studie, beeinflussen die vom Menschen erzeugten Treibhausgase das Klima allerdings stärker als die DMS-Partikel. Um das Problem zu lösen, gehen Wissenschaftler weiter und erwägen, die Ozeane mit Eisen zu düngen, um eine künstliche Algenblüte zu erzeugen. Das Algenwachstum wird enorm erhöht, dadurch mehr CO2 absorbiert.
Diese Methode ist zurzeit noch umstritten. Manche Algen produzieren ein Nervengift, das Säugetiere und Vögel töten kann. Geo-Engineering, die gezielte Beeinflussung des Klimas mit technisch-physikalischen Mitteln, hat viele Anhänger. Kritiker des Geo-Engineering wenden aber ein, dass die Folgen solcher Verfahren zu wenig erforscht seien, um sie im großen Stil zu erproben.
Algenblüte und Algenfarmen
3. Algenblüte
Wenn sich Algen massenhaft vermehren, werden sie zur Gefahr. Dabei können sie immense Schäden für Umwelt, Mensch und Tier anrichten. Die Algenblüte ist ein natürliches Phänomen, das sich von Jahr zu Jahr, zu unterschiedlichen Zeiten auf der Welt, wiederholt. Ist es warm und stehen viele Nährstoffe zur Verfügung, vermehren sich Algen sowohl im Süß- als auch im Meerwasser rasant. Das massenhafte Auftreten der pflanzlichen Organismen nennen wir Algenblüte.
Ursache für die Blüte ist unter anderem das zu hohe Nährstoffangebot in den Gewässern. Dies erfolgt durch den Zufluss von Nährstoffen aus den Abwässern und durch den Eintrag aus gedüngten landwirtschaftlichen Nutzflächen. Die Blüte kann letztendlich in einer ökologischen Katastrophe enden. Nämlich dann, wenn zu viele Algen in Richtung Grund sinken und dabei von Bakterien zersetzt werden. Beim Abbau wird Sauerstoff verbraucht, der den anderen Lebewesen fehlt. Die Sauerstoffarmut zahlreicher Gewässer gefährdet das Überleben aller sauerstoffabhängigen Lebewesen in aquatischen Lebensräumen. Nur Quallen, Bakterien und andere Algen können in den toten Zonen weiterleben.
Die bekanntesten toten Zonen liegen im Golf von Mexiko, im Schwarzen Meer und in der Ostsee. In der Ostsee ist eine Fläche von 42.000 Quadratkilometern sauerstofffrei, auf weiteren 100.000 ist der Sauerstoffgehalt so gering, dass sie als tote Zonen eingestuft werden.
Dramatische Folgen können Blüten von giftigen aber auch ungiftigen Algen haben. Ein aktuelles Beispiel ist der Algenteppich, der sich im Juli an der bretonischen Küste gebildet hat. Die Grünalge Ulva lactuca ist eine ungiftige Pflanze, die vorzugsweise in Flachwasserbereichen an Meeresküsten weltweit wächst. Die Menschen ziehen sogar Nutzen aus Grünalgen: Ulva wird sowohl in der Nahrungsmittelindustrie als auch zur Abwasserreinigung genutzt.
Durch die Überdüngung der betroffenen Küstenzone mit Abwässern aus der Landwirtschaft ist die Grünalge durch die extreme Algenblüte seit über 30 Jahren ein Problem in Frankreich. Die an die Küste geschwemmten Algenteppiche trocknen in der Sonne aus und bilden eine weiße Kruste, unter der sich giftige Gase entwickeln. Diese bedrohen Menschen und Tiere: 36 Wildscheine sind im Juli im Norden der Bretagne wahrscheinlich durch die Faulgase der Grünalge gestorben.
Bei sechs untersuchten Kadavern wurde Schwefelwasserstoff nachgewiesen. Vor zwei Jahren starb auch ein Arbeiter, der beim Abtransport der Grünalgen geholfen hatte, an einem Herzstillstand - möglicherweise ausgelöst durch die giftigen Gase.
Mikroalgen produzieren häufig gefährliche Gifte. Sie sind weltweit verbreitet und kommen auch im Mittelmeer vor. Während der Algenblüte ist die Konzentration ihrer Toxine am stärksten. Fische sterben, das Gift reichert sich in Muscheln an, das über die Nahrungskette in den Menschen gelangt. Das Toxin kann bei Menschen starke Lebensmittelvergiftungen und Gedächtnisverlust hervorrufen oder gar zum Tod führen.
Die meisten gefährlichen Arten der Alge gibt es in den Gruppen der Cyanobakterien und der Dinoflagellaten (Geißelalgen/ Panzergeißler). Die Anreicherung solcher Gifte dienen manchen Algen als passiver Schutz vor Feinden.
4. Algenfarmen
Was in Asien weit verbreitet ist, hat der Westen nun auch für sich entdeckt: Algen kann man vielseitig nutzen und vermarkten. Die Algenproduktion könnte in Zukunft ein wichtiger Wirtschaftszweig werden. Die Nachfrage nach Algenprodukten, etwa in Deutschland, übertrifft zum Teil das Angebot. Das Interesse der Industrie an Algen wächst.
Bis zu zehn Millionen Tonnen Algen werden Jahr für Jahr aus den Ozeanen gefischt - meist aus Aquakulturen in asiatischen Gewässern. Algen werden in der Kosmetik, Medizin, Pharmazie und Lebensmittelindustrie eingesetzt.
In Asien werden Algen als Nutzpflanzen schon lange kommerziell produziert. Heute hat fast jede Familie an der Ostküste Sansibars ihr eigenes Feld in einem Gezeitenbereich, auf dem Algen kultiviert werden. Die Investitionen sind gering, die Anbaubedingungen ideal. Eucheuma-cottoni-Algen verkaufen sich an der Küste Sansibars am besten.
Handelsfirmen kaufen den Algenfischern von Sansibar ihre Ernte ab, die vor allem für den Export bestimmt ist: USA, Frankreich und Dänemark zählen zu den Abnehmern. Hier werden sie vor allem im Wellness-Bereich eingesetzt.
Eine der deutschen Algenfarmen steht auf Sylt. Das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung(AWI) und die Deutsche Bundesstiftung Umwelt(DBU) haben hier in einem dreijährigen Projekt die ganzjährige umweltverträgliche Züchtung von Nordsee-Makroalgen als Nahrungsmittel erprobt. Nach Angaben der DBU hat das Projekt die Grundlage für kommerzielle, ökologisch sinnvolle Meeresalgenzüchtung in Deutschland bereitet.
Heute verkauft der Meeresbiologe und Betreiber der Sylter Algenfarm, Klaus Lüning, seine Algen unter anderem an Restaurants und eine Sylter Bäckerei. In 2000-Liter-Tanks wachsen die Rotalge Palmaria und Braunalge Laminaria in durchfließendem Meerwasser. In Zukunft sollen die Pflanzen auch noch den Energiebedarf decken. Die Biomasse der sich schnell vermehrenden Braunalge wird dafür in zwei wichtige Komponenten gespalten: Bioethanol und Methan. Nutzbar sind sie als Kraftstoff oder zur Wärmeerzeugung.
Eine große Mikroalgen-Produktionsanlage steht auch in Klötze (Sachsen-Anhalt). Hier wachsen Chlorella-vulgaris-Algen, statt in den in Asien üblichen Teichanlagen, in einem 1,2 Hektar großem Gewächshaus in einem 500 km langen Glasröhrensystem. Wissenschaftler überwachen und optimieren die Herstellungsabläufe. Klötzer Algen werden unter anderem an die Pharma- und Lebensmittelindustrie verkauft.
Medizin, Kosmetik, Nahrung
5. Heilmittel und Nahrungsergänzung
Algen besitzen ein großes Spektrum an pharmazeutischen Wirkstoffen und Grundstoffen. In der Wissenschaft werden die Möglichkeiten der Nutzung von Mikroalgen zur Gewinnung von pharmazeutischen Wirkstoffen intensiv diskutiert. Doch zum größten Teil stecken Medizin- und Pharmaindustrie in der Grundlagenforschung.
Zu den gesundheitsfördernden Pflanzenstoffen mit pharmakologischen Wirkungen zählen etwa Algenfarbstoffe (Chlorophyll und Caratinoide) und vor allem Gerüstsubstanzen wie Fucoidane. In wissenschaftlichen Labor- und Tierstudien wurden unter anderem antitumorale, -virale und -bakterielle Eigenschaften der Fucoidane entdeckt.
Fucoidane sind leicht zu gewinnen und fallen als Nebenprodukt bei der Produktion für die Lebens- und Kosmetikindustrie an. Möglicherweise können sie in Zukunft zur Behandlung von Herpes, HIV-Erkrankungen und zur Wundheilung eingesetzt werden.
Japanische Forscher konnten in Tierexperimenten nachweisen, dass zwei in Japan häufig verzehrte Braunalgenprodukte (Wakame und deren Wurzel Mekabu aus der Braunalge Undaria pinnatifida) Brustkrebszellen zum Absterben bringen.
Ein amerikanisches Forscherteam vom Institut für genetische Medizin der Universität Southern Carolina hat kürzlich in Tierversuchen herausgefunden, dass mithilfe von Algen-Genen defekte Lichtrezeptoren der Netzhaut repariert werden können. Klinische Versuche würden in den nächsten Jahren folgen.
Der therapeutische Einsatz von Algen ist aber umstritten. Natürliche Inhaltsstoffe wie Jod, Arsen und Toxine, die in vielen Algen in hoher Konzentration vorhanden sind, können gesundheitsschädigende Wirkungen haben.
Der Markteinsatz als Arzneimittel ist noch nicht abzusehen, aber als Zusatz in Nahrungsmitteln und als Nahrungsergänzungsmittel werden Algenextrakte schon länger eingesetzt. Algen sind reich an Vitaminen und Mineralien. Diese sollen das Immunsystem stärken (Zink), Stoffwechsel- und Kreislauf stabilisieren und Zellschädigungen verhindern (Selen und Magnesium).
Hier haben sich vor allem Produkte aus Spirulina platensis,Chlorella pyrenoidosa und Aphanizomenon-flos-aquae durchgesetzt. Algenpräparate in Form von Tabletten, Kapseln und Pulver, die wie Multivitamine eingenommen werden, müssen, so Experten, mit Vorsicht genossen werden. Der Jod- und Schwermetallgehalt ist bei vielen Algen sehr hoch.
6. Algen als Kosmetikprodukt
Algen beleben, entschlacken, beruhigen, straffen … Die Kosmetikindustrie weiß die Wirkstoffe der Algen anzupreisen. Tatsächlich kommen 50 Algenarten für kosmetische Anwendungen zum Einsatz. Die natürlichen Wirkstoffe der Algen, deren Mineralien und Nährstoffkomplexe, sollen ein vielversprechendes Mittel gegen Hautalterungen und Stresserscheinungen sein. Der hohe Jodgehalt wirke gegen Cellulite und rege den Stoffwechsel an, Mineralsalze würden entschlacken, Zink und Vitamine die Haut straffen.
Eine Vielzahl an Kosmetikprodukten, von Shampoos über Cremes bis Seifen, findet sich in Online-Shops, Drogerien und Reformhäusern. Sie sind aber nicht der alleinige Abnehmer der Algenprodukte. Längst nutzen Wellness-Oasen, Hotels und Kosmetiksalons die Pflanzen für verschiedene Therapien.
Bekannt ist vor allem die Thalasso-Therapie. Meeresalgen in pulverisierter Form werden hier zur Behandlung von Cellulite eingesetzt. Doch nicht nur Haut und Körper, sondern auch Nägel sollen von den Inhaltsstoffen der Algen profitieren. Cremes aus einem Komplex von Algen mit Vitaminen, Provitamin B5 und Biotin, sollen die Nägel schützen und die Regeneration fördern.
Die Kosmetikindustrie kann die zahlreichen Mineralien und Nährstoffe der Algen gut für sich nutzen. Die Produkte versprechen ein besseres Hautbild, schönere Haare, gutes Wohlbefinden und vieles mehr.
7. Nahrungsmittel Alge
In Asien, vor allem in Japan und China, kommen traditionell viele Algen auf den Tisch. Da in diesen Ländern große landwirtschaftliche Anbauflächen fehlen und Algen an den Küsten Japans direkt verfügbar sind, verwundert dies nicht. Es gibt sogar Theorien darüber, dass Algen das weltweite Nahrungsproblem lösen könnten.
Algen vermehren sich in warmen Ländern massenhaft. Haupterzeuger von Algen sind in Asien China, Japan, die Philippinen und Korea, in Nordamerika vor allem Kalifornien und in Europa die Bretagne. Weltweit werden mehr als neun Millionen Tonnen Makroalgen (Mehrzeller) geerntet. 400.000 Tonnen davon Nori (Rotalgen), die vor allem für die Zubereitung von Sushi-Röllchen verwendet werden.
Tange, große Formen von Algen, gelten in Ostasien als wertvolle Nahrungsergänzung - aufgrund ihrer Vitamine, Mineralstoffe und Eiweiße. Braunalgen dienen in Suppen und Soßen als Geschmacksverstärker. Auch als Knabberzeug oder in Form von Süßigkeiten sind sie zu haben.
In Frankreich wird die Grünalge Ulva lactuca als Delikatesse geschätzt und gerne in der Küche verwendet. Sie enthält viel Magnesium, Calzium und die Vitamine A, B12 und C.
Rotalgen sind uns auch hierzulande durch Sushi bekannt. Die Trendspeise hat uns die Alge als Nahrungsmittel bekannt gemacht. Ihr Konsum ist in Deutschland aber noch nicht so weit verbreitet. Algen in Brot gibt es mittlerweile in einer Sylter Bäckerei. Joghurt, Algenwein oder Algenkräcker sind hier zum Großteil noch unbekannt. Algenspezialitäten beschränken sich bei uns auf Asia-Shops und Sushi-Bars.
Was viele nicht wissen: Wir nehmen unbewusst Algen in vielen Lebensmitteln zu uns. Aus den Phykokolloiden, den Zuckermolekülen in und zwischen den Zellwänden der Alge, werden Verdickungs- und Bindemittel sowie Stabilisatoren gewonnen. Als Bindemittel kommen sie in Puddings, Eiscreme und Joghurts vor. Als Stabilisator in Margarine und Frischkäse.
Einige Braunalgensorten wie Kombu haben eine Jodkonzentration in ihren Blättern, die 40.000-mal so hoch ist wie im normalen Meerwasser. Für Japaner, die die Pflanze regelmäßig zu sich nehmen, haben diese Mengen an Jod keine negativen Folgen. Bei Europäern, die nicht an die hohen Jodmengen gewöhnt sind, kann der regelmäßige Verzehr dieser Pflanze etwa eine Schilddrüsenüberfunktion auslösen.
Algen als Energiequelle & Kläranlage
8. Die Energiequelle Alge
Algen produzieren 30-mal mehr Öl als Raps oder Mais. Bislang wird Ethanol für den Biosprit aus Pflanzen wie Raps, Mais, Zuckerrohr und Getreide gewonnen. Für all diese Pflanzen ist aber Ackerland nötig, das angesichts der steigenden Bevölkerungszahlen knapp wird.
Die Alge wiederum braucht nicht viel zum Wachsen: lediglich Nährstoffe, Licht, Wasser und Kohlendioxid. Von wissenschaftlicher und kommerzieller Seite wächst dadurch das Interesse an der Nutzung der Algen zur Produktion von Bioenergie sowie in der Biotechnologie.
Die Mineralölindustrie investiert seit Jahren in die Energiepflanze. Der Konzern BP erforscht zusammen mit Wissenschaftlern der Universität Arizona, wie sich aus Algen Biotreibstoff gewinnen lässt. Shell und das US-Unternehmen HR Biopetroleum bauen auf Hawaii in einer Anlage Meeresalgen an. Hier soll Pflanzenöl wirtschaftlich gewonnen werden, das in Biokraftstoff umgewandelt wird.
Die Alge Chlorella vulgaris eignet sich besonders gut für die Herstellung von Biodiesel. Entscheidend für die Biodieselgewinnung ist die Erhöhung des Fettgehaltes der Pflanze. Dafür wird sie getrocknet, aus dem Algenpulver wird Öl extrahiert und die dieselfähigen Stoffe werden genau analysiert.
Die Qualität reicht zurzeit aber nicht aus, um Treibstoff zu erzeugen. Doch es wird weiter geforscht, wie Verfahren verbessert werden können, um einen höheren Fettgehalt zu erzielen. Das Problem ist nur: Die Anlagen- und Betriebskosten sind zu teuer, um mit Biosprit aus Algen Gewinn zu machen - es sei denn, die Ölpreise steigen. Dann könnten Algen eine rentable Treibstoffquelle werden.
9. Abwasserreinigung mit Algen
Algen nehmen Stickstoff und Phosphat aus Abwasser auf und reinigen es. Bei diesem Prozess wird das Kohlendioxid aus der Luft und dem Abwasser mithilfe von Licht in Sauerstoff umgewandelt. In Symbiose mit Bakterien werden Schadstoffe aus dem Abwasser abgebaut und das Wasser gereinigt. Mit diesem Verfahren könnten Abwasser aus Landwirtschaft und Industrie gesäubert werden. Effektiver als in einer konventionellen Kläranlage, glauben Unternehmer und Wissenschaftler.
Die Technische Universität Hamburg-Harburg hat ein Abwasserreinigungsverfahren mit Algen entwickelt. Dieses eigne sich aber primär für Länder mit starker Sonneneinstrahlung. Algen in Kläranlagen sind für Unternehmer auch aus anderer Sicht interessant. Neben der Reinigung produzieren sie Biomasse, aus der Biosprit gewonnenen werden kann.
Die Firma Aquaflow in Blenheim (Neuseeland) nutzt Algen bereits für diese Zwecke. In einem Container auf dem Gelände des Unternehmens werden die Nährstoffe aus den Abwässern der Region in eine Algenpaste verwandelt. Aus dieser werden dann Rohöl, Kerosin für Flugzeuge oder Industriechemikalien hergestellt.
Das gereinigte Abwasser ist nach Unternehmensberichten so sauber, dass es zum Bewässern der Weinberge in Marlborough verwendet werden kann. Die Firma will aber weiteren Nutzen aus den Algen ziehen. Zurzeit arbeitet sie daran, die Technik der Abwassereinigung zu verbessern, um Trinkwasserqualität zu erreichen.
