Potenzial der Behandlung von Flüssigdigestat durch fünf grüne Mikroalgen in nicht-axenischen Kulturen

Abfall in eine Ressource verwandeln

Anaerobe Vergärungsanlagen verwandeln Lebensmittel- und Agrarabfälle in Biogas, einen erneuerbaren Brennstoff. Zurück bleibt jedoch auch ein wässriger Rückstand, das sogenannte Flüssigdigestat, das reich an Stickstoff und Phosphor ist. Wird dieses Nebenprodukt nicht sachgerecht behandelt, kann es Gewässer und Böden verschmutzen. Diese Studie untersucht, ob natürlich vorkommende grüne Mikroalgen, die gemeinsam mit Bakterien wachsen, diese belastende Flüssigkeit reinigen können, während sie deren Nährstoffe in nutzbare Biomasse umwandeln.

Warum die Rückstände ein Problem sind

Mit der weltweiten Ausweitung der Biogasproduktion nimmt auch das Volumen an Digestat zu. Der flüssige Anteil, der den größten Teil des Volumens ausmacht, ist reich an pflanzenverfügbaren Nährstoffen, enthält aber auch organische Rückstände und manchmal Schwermetalle und Krankheitserreger. Eine Ausbringung auf landwirtschaftliche Flächen kann als Dünger nützlich sein, doch zu große Mengen führen zu Wasserverschmutzung und einer Überbelastung der Böden. Konventionelle Behandlungsmethoden sind oft kostspielig und nicht sehr effizient, besonders für kleine oder autarke Biogasanlagen. Eine elegantere Lösung besteht darin, das Flüssigdigestat als Nährmedium für Mikroalgen zu nutzen: die Algen binden Nährstoffe, reinigen das Wasser und produzieren Biomasse für Produkte wie Tierfutter oder Biokraftstoffe.

Wilde Mikroalgen im Praxistest

Die Forschenden sammelten Flüssigdigestat aus einer Pilotanlage, die Gemüseabfälle wie Mais, Erbsen und Bohnen verarbeitet. Sie verdünnten es nur um den Faktor fünf mit Wasser und sterilisierten es nicht, um die Bedingungen aus der Praxis beizubehalten. Fünf Stämme grüner Mikroalgen, die aus natürlichen Gewässern isoliert und nicht aus Kultursammlungen entnommen wurden, wurden in kleinen beleuchteten Reaktoren über vier Monate gehalten. Diese Kulturen waren „nicht-axenisch“, das heißt, die Algen lebten zusammen mit ihren natürlich assoziierten Bakterien. Das Team überwachte zentrale Indikatoren der Verschmutzung — Stickstoffformen, Phosphat und organische Stoffe — ebenso wie das Algenwachstum und Verschiebungen in der bakteriellen Gemeinschaft.

Wie pH-Kontrolle das Ergebnis veränderte

Das Experiment bestand aus zwei Hauptphasen. In der ersten 60-Tage-Phase wurde das Digestat in die Reaktoren eingeleitet, ohne die Säurestärke (pH) zu kontrollieren. Die Mikroalgen wuchsen zunächst, doch als die gemischte Gemeinschaft Kohlendioxid freisetzte und Stickstoff umwandelte, sank der pH-Wert allmählich auf leicht saure Werte. Dieses Wachstumstempo begrenzte die Menge an entfernten Schadstoffen: der Gesamtstickstoff ging um etwa 55–70% zurück, und die Phosphatentfernung blieb unter etwa 50%. In der zweiten 60-Tage-Phase hob das Team den pH-Wert vorsichtig an und hielt ihn über dem Neutralpunkt mit kleinen Zugaben von Natriumhydroxid. Unter diesen stärker alkalischen Bedingungen florierten die Algen, die Chlorophyllwerte stiegen, und die Reaktoren entfernten deutlich mehr Stickstoff und Phosphat, wobei die Entfernung einiger organischer Verbindungen jedoch weniger effektiv wurde.

Algen, Bakterien und ein Balanceakt

Unter den fünf getesteten Arten stachen Kulturen mit Dominanz von Desmodesmus communis hervor. In der pH-kontrollierten Phase entfernten sie nahezu 90% des Gesamtstickstoffs und über 90% des Phosphats, obwohl diese Alge nicht die höchsten Zellzahlen erreichte. Ihr Vorteil scheint mit größeren, mehrzelligen Strukturen und mit ihrer Interaktion mit Partnerbakterien zusammenzuhängen. Genetische Analysen zeigten, dass bei angehobenem pH die Zusammensetzung der bakteriellen Gruppen verschob: Einige nahmen ab, während andere, die in alkalischen, nährstoffreichen Umgebungen gedeihen, häufiger wurden. Bestimmte Bakterien spezialisierten sich offenbar auf den Abbau komplexer organischer Stoffe, andere halfen bei der Entfernung von Stickstoff und Phosphor oder machten diese Nährstoffe für die Algen zugänglicher. Die Gesamtleistung ergab sich somit aus dieser gemischten, kooperativen Gemeinschaft und nicht allein aus den Algen.

Vom belasteten Ablauf zu saubereren Kreisläufen

Einfach gesagt zeigt die Studie, dass das bloße „sein lassen“ der Algen–Bakterien-Mischung nicht ausreicht: eine sorgfältige pH-Kontrolle ist entscheidend, um ihr volles Reinigungsvermögen freizusetzen. Unter den richtigen Bedingungen können wilde grüne Mikroalgen zusammen mit Bakterien den Großteil des überschüssigen Stickstoffs und Phosphors aus Flüssigdigestat entfernen, wobei nur eine geringe Verdünnung und keine Sterilisierung nötig sind. Das macht das behandelte Wasser sicherer für die Wiederverwendung in Biogasanlagen oder für eine Rückführung in die Umwelt, während die entstehende Algenbiomasse als Sekundärprodukt nutzbar ist. Solche Systeme könnten helfen, Nährstoffkreisläufe zu schließen, Abfall zu reduzieren und die Biogasproduktion nachhaltiger zu gestalten.

Zitation: Sobolewska, E., Borowski, S. & Nowicka-Krawczyk, P. Liquid digestate treatment potential of five green microalgae in non-axenic cultures. Sci Rep 16, 14589 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45636-5

Schlüsselwörter: Mikroalgen, anaerobes Digestat, Nährstoffentfernung, Biogas, Abwasserbehandlung