Algenernte mittels Zentrifugen

Wie erntet man Algen?

Algenernte mittels Zentrifugen

Was sind Algen?

Algen sind einfache, blütenlose Wasserorganismen, die auf der ganzen Welt vielfältig und weit verbreitet sind und eine wichtige Rolle in der aquatischen Nahrungskette spielen. Algen produzieren etwa 70 % des Sauerstoffs in der Atmosphäre und können hauptsächlich in Mikroalgen und Makroalgen eingeteilt werden.

Was können Algen?

Einzellige mikroskopisch kleine Algen werden Mikroalgen genannt und mehrzellige Faden-, Membran-, Röhren- oder Blattpflanzen werden Makroalgen genannt, die autotrophe sauerstofffreisetzende Pflanzen sind. Ihr Wachstum erfordert kein frisches Wasser, Erde oder Düngemittel, wodurch der Bedarf an Land und natürlichen Ressourcen reduziert und Emissionen aus dem Anbau oder der Bewässerung von Pflanzen eliminiert werden, was der Umwelt sehr zugute kommt.

Algen haben einen hohen industriellen, landwirtschaftlichen, essbaren und pharmazeutischen Wert. Es kann nicht nur extrahiert oder zur Herstellung von Jod, Kalium, Fucoidan, Mannitol, Methan, Ethanol, Leichtöl, Schmieröl, Paraffin, Gummi, Kunststoff und vielen anderen Industrieprodukten verwendet werden, sondern es kann auch raffiniert und verarbeitet werden neue Bioenergiequelle zur Herstellung von Biodiesel.

Laut einschlägigen Forschungsdaten können pro 1 Tonne kultivierter Mikroalgen 2 Tonnen CO2-Emissionsreduktion erreicht werden. Außerdem enthalten Algen eine große Menge an Bioöl, und der theoretische Wert der Ölproduktion pro Flächeneinheit ist viel höher als bei anderen Pflanzen. Auf jedem Hektar Land beträgt die jährliche Ölproduktion von Mais nur 120 Liter und von Sojabohnen 440 Liter, während Algen 15.000 bis 80.000 Liter erreichen können.

Wie erntet man Algen?

Allerdings ist die Ernte von Mikroalgen nicht so einfach. Es gibt nicht die eine beste Methode zum Ernten von Mikroalgen. Die Wahl der bevorzugten Erntetechnologie hängt von der Algenart, dem Wachstumsmedium, der Algenproduktion, dem Endprodukt und dem Produktionskostenvorteil ab.

Ernten ist definiert als das Abtrennen von Algen von einem Wachstumsmedium. Zu den Techniken zum Ernten von Algen gehören Absetzen oder Flotation, Zentrifugation und Filtration.

Bei diesem Verfahren ist eine häufig verwendete Maschine eine Durchlaufzentrifuge. Es ist effizient und sammelt sowohl Algen als auch andere Partikel. Es wird jedoch häufiger für die Herstellung von Mehrwertprodukten aus Algen verwendet. Die Zentrifuge kann eine hohe Kuchentrockenheit bei der Trennung und einen geringen Energiebedarf während des Prozesses erreichen.

Scheibenstapelzentrifuge und Dekanterzentrifuge können den Produktionszyklus erheblich verkürzen, indem sie die Klärzeit beschleunigen und die Arbeitskosten senken und gleichzeitig die Reinheit der Endprodukte garantieren.

I. Scheibenstapelzentrifuge

Eine Plattenstapelzentrifuge ist eine spezielle Art von Fliehkraftabscheider. Ein Satz konischer Platten (Tellerstapel) wird in die Trommel eines Zentrifugalabscheiders gegeben. Die Hinzufügung des „Scheibenstapels“ führt einen mehr Absetzbereich ein. Diese zusätzliche Oberfläche beschleunigt den Trennvorgang exponentiell.

Der Vorteil dieser Zentrifuge für die Algenernte ist ihre Fähigkeit, in einem einzigen Schritt ein Konzentrat mit 15-25 % Feststoffen ohne Zugabe von Chemikalien herzustellen. Diese Maschine konzentrierte verschiedene Arten von Mikroalgen effektiv und der TSS (Total Suspended Solids) des Konzentrats lag zwischen 12 % und 25 %. Der Klärungsgrad der Algensuspension nimmt mit zunehmender Verweilzeit (sinkender Zulauf) zu und die ausgeschleuderte Feststoffkonzentration wird durch die Intervalle zwischen aufeinanderfolgenden Entschlammungen beeinflusst. Da die gesamte Suspension in Rotation versetzt werden muss, um eine Zentrifugalkraft von bis zu 10.000 g zu erzeugen, ist der spezifische Energiebedarf relativ hoch. Daher eignet sich dieses Verfahren besonders für kleine und mittlere Anlagen.

II. Dekanter-Zentrifuge

Die Durchlaufzentrifuge vom Schneckentyp (Dekanter) zeichnet sich durch eine horizontale konische Trommel aus. Die Trommel enthält eine Förderschnecke, die sich in die gleiche Richtung, aber mit etwas höherer Geschwindigkeit dreht. Das Futter tritt durch ein axiales Rohr in der Mitte des Rotors ein, passiert Öffnungen in der Förderschnecke und wird an die Rotorwand geschleudert. Abgelagerte Feststoffe werden durch einen spiralförmigen Schneckenförderer einen abfallenden Strand hinauf aus der Flüssigkeit herausbewegt und ausgetragen.

Mohn (1980) setzte erfolgreich eine Schneckenzentrifuge für verschiedene Konzentrationen von algenartigem Schlamm ein und erhielt 22 % TSS aus 2 % TSS-Algenschlamm. Die Zuverlässigkeit dieses Geräts scheint ausgezeichnet zu sein, aber der Energieverbrauch ist zu hoch. Daher wurde ein zweistufiger Prozess eingeführt, der einen Vorkonzentrationsprozess vor dem Dekanter hinzufügt. Auf diese Weise wurde zuvor Wasser abgeschieden, sodass der Dekanter weniger Wasser zum Abscheiden benötigt. Daher eignet sich dieses Verfahren besonders für den großtechnischen Betrieb.