Zurückgewonnene Algenbiomasse und Austernschalen werden zu Ressourcen
Bloom Biomass Utilization
Nebenprodukte als wertvolle Ressource
Bei der Wasserreinigung mit Bloomo wird Algenbiomasse zurückgewonnen, und in der Austernzucht fallen große Mengen Austernschalen als Nebenprodukt an. Mit geeigneten Anlagen und Bewertungsmethoden werden beide zu hochwertigen Ressourcen: In mehreren Stufen lassen sie sich zu Futtermittel für die Aquakultur, Bodenverbesserern, Baustoffen und Düngerrohstoffen verarbeiten. Eine quantitative Bewertung der Kohlenstoffbilanz auf Grundlage von Ökobilanz (LCA) und MRV (Messung, Berichterstattung, Verifizierung) bindet die aquatische Biomasse in die Kreislaufwirtschaft ein.
Warum Biomasseverwertung jetzt wichtig ist
Herausforderungen bei der Algenbiomasse
- Die Wirtschaftlichkeit im industriellen Maßstab hängt vor allem von den Kosten für Ernte und Trocknung ab. Die Zentrifugation erreicht eine Rückgewinnung von ≥ 90 %, benötigt dafür aber 0,8–1,2 kWh/m³; die Sprühtrocknung erfordert ≥ 3 MJ/kg[1]
- Eine techno-ökonomische Abschätzung für eine industrielle Kultur auf 1 ha in Portugal (Nannochloropsis oceanica, Zentrifugation und Gefriertrocknung) beziffert die Produktionskosten der Biomasse auf 53,32 €/kg Trockenmasse (TM)[2]. Berichten zufolge machen Ernte und Entwässerung zudem einen großen Teil der Gesamtkosten aus[3]
- Wie viel Algen sich im Fischfutter einsetzen lassen, unterscheidet sich Berichten zufolge stark von Fischart zu Fischart. Die Auslegung für die jeweilige Art und die Verarbeitung bestimmen daher die Leistung[4]
Herausforderungen bei den Austernschalen
- In Ost- und Südostasien fallen jährlich 6–8 Millionen Tonnen Abfälle aus der Marikultur an, allein in Taiwan rund 2,2 Millionen Tonnen[5]
- Bezogen auf den essbaren Anteil macht die Schale rund 70 % des Lebendgewichts aus; mit wachsender Zucht steigen die Entsorgungskosten[6]
- Rund 95 % einer Austernschale bestehen aus CaCO₃[6]. Über ihren Einsatz als feine Gesteinskörnung in Beton und als Bodenverbesserer wird berichtet[6][11], quantitative Ökobilanzen durch Betreiber sind jedoch selten
Wissenschaftlicher Vorbehalt: Austernschalen und Kohlenstofffixierung
Bei der Kalzifizierung der Schale (Ca²⁺ + 2HCO₃⁻ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O) wird auch CO₂ freigesetzt. Eine Studie kommt zu dem Schluss, dass die Schalenbildung bei Zuchtmuscheln unter Einbeziehung von Atmung und Kalzifizierung eine CO₂-Quelle ist und sich nicht für den CO₂-Handel anrechnen lässt[7]. Eine andere Studie bezog die Kohlenstoffflüsse der Kalzifizierung in eine Ökobilanz ein und ermittelte eine geringe Netto-Aufnahme[8]. Ohne langfristige Nutzung (etwa als Werkstoff mit einer Lebensdauer von einem Jahrhundert oder mehr) und ohne geeignete Systemgrenzen der Ökobilanz lässt sich eine Kohlenstofffixierung nicht einfach behaupten. Novelgen bewertet den Kohlenstoffwert bei der Entwicklung nur innerhalb der Systemgrenzen einer Ökobilanz nach ISO 14040/14044.
Der Ansatz von Novelgen
Novelgen entwickelt Anlagen, die Algenbiomasse und Austernschalen gemeinsam vor Ort verarbeiten: auf landbasierten Aquakulturanlagen, in Kläranlagen und in Fischereihäfen an der Küste. Als Stufe hinter Bloomo führen sie Fest-Flüssig-Trennung → Trocknung → Mahlen und Korngrößeneinstellung kontinuierlich durch. Ziel der Auslegung ist, dass sich die Prozessbedingungen je nach Verwendung wählen lassen.
Für Futtermittel
Verarbeitungsbedingungen, die hohe Reinheit und einen hohen Proteingehalt erhalten
Pflanzenkohle
Feuchtemanagement und Trocknung, ausgelegt für die Pyrolyse
Bodenverbesserer
Korngröße und pH-Wert abgestimmt auf Mischprodukte mit Austernschalen
Außerdem erfasst der Bloomo Cloud Service fortlaufend Durchsatz, Energieeinsatz und aufgenommenes CO₂. Entwicklungsziel ist es, Betreibern MRV-Daten bereitzustellen, die sich für eine Ökobilanz nach ISO 14040/14044 und für die künftige Berechnung von CO₂-Zertifikaten nutzen lassen (anwendbare Methodiken werden geprüft).
Technische Spezifikationen und Kennzahlen
Zu jedem Wert ist die Quelle angegeben.Forschungsergebnis / Entwicklungsziel kennzeichnen Werte aus der Fachliteratur bzw. Entwicklungsziele von Novelgen.
Verarbeitung von Algenbiomasse
Verarbeitung von Algenbiomasse: Kennzahlen im Detail
| Kennzahl | Wert | Kategorie | Quelle |
|---|---|---|---|
| Biomassekonzentration am PBR-Auslass | 0,3–0,4 % TM (geschlossenes System) | Forschungsergebnis | [3] |
| Feststoffgehalt der Suspension nach der Entwässerung | 15–25 % | Forschungsergebnis | [3] |
| Restfeuchte nach der Endtrocknung | < 5 % (Anforderung für Langzeitlagerung und Transport) | Forschungsergebnis | [3] |
| Energiebedarf der Zentrifugation | 0,8–1,2 kWh/m³ | Forschungsergebnis | [1] |
| Energiebedarf der Sprühtrocknung | rund 0,8–1,0 kWh/kg | Forschungsergebnis | [1] |
| Proteingehalt der Algen | 40–70 Gew.-% (Chlorella 51–58 %, Spirulina 60–71 %, Arthrospira 70 %) | Forschungsergebnis | [9] |
| Theoretische CO₂-Aufnahme (Photosynthese) | Rund 1,83 t CO₂ je Tonne Biomasse (Trockenmasse), stöchiometrischer Wert bei einem angenommenen Kohlenstoffanteil von 50 %. Das ist ein Bruttowert, keine Nettoreduktion | Forschungsergebnis | [10] |
Austernschalen als Ressource
Austernschalen als Ressource: Kennzahlen im Detail
Wertströme: drei Verwertungswege
Biomass circulation flow
Hinweis: Die Anlage zur Biomasseverarbeitung befindet sich in Entwicklung. Das Schema zeigt das Auslegungskonzept. Die Verwendung richtet sich nach der Herkunft des Wassers und den rechtlichen Vorgaben; Biomasse, die in kommunalem Abwasser oder Industrieabwasser gewachsen ist, wird nicht als Futtermittel verwendet.
Futtermittel für Aquakultur und Nutztiere
Wichtigste Verwendungen
- Feinkörniges Futtermittel für Fischlarven, Jungfische und Muschelbrut
- Lieferung als Rohstoff für Mischfuttermittel (B2B)
- Futtermittelproduktion direkt an der Kreislaufanlage (RAS)
Eine Anlage verarbeitet die proteinreichen Algen aus der Bloomo-Kultivierung (40–70 Gew.-%[9]) direkt vor Ort zu Futtermittelgranulat, sodass das Futtermittel dort entsteht, wo es gebraucht wird (in Entwicklung). In frühen Entwicklungsstadien von Muscheln und Krebstieren dienen Mikroalgen unmittelbar als Nährstoffquelle; bei kontinuierlicher Versorgung lassen sich Dichte und Frische leichter steuern.
Mit der Wahl der Art (Chlorella, Spirulina, Nannochloropsis u. a.) lassen sich die Gehalte an Protein, ω-3-Fettsäuren (PUFA) und Carotinoiden festlegen[4][9]. Behandelt Bloomo das Abwasser aus der Aquakultur innerhalb der Kreislaufanlage und wird die gewonnene Biomasse in derselben Anlage zu Futtermittel verarbeitet, entsteht ein Kreislauf ohne zwischengeschaltete Logistik. Darauf zielt die Auslegung.
Hinweis: Die Angaben zeigen das Potenzial als Futtermittelrohstoff auf. Sie sind keine Zusicherung eines bestimmten Nährwerts oder einer krankheitsvorbeugenden Wirkung. Zu den Einsatzraten je Fischart siehe die Literatur[4]. Als Futtermittel werden nur Algen verwendet, die in dafür geeignetem Wasser, etwa Aquakulturwasser, gewachsen sind. Biomasse aus kommunalem Abwasser oder Industrieabwasser wird nicht verfüttert, sondern soll für Dünger, Pflanzenkohle und Ähnliches genutzt werden. Für alle Verwendungen gilt als Voraussetzung, dass Analysen (etwa auf Schwermetalle und Krankheitserreger) vorliegen und die einschlägigen japanischen Gesetze zur Futtermittelsicherheit und zur Düngemittelqualität eingehalten werden.
Biobasierte Materialien (in Kombination mit Austernschalen)
Wichtigste Produktlinien
- CaCO₃ für Baustoffe (Ersatz für feine Gesteinskörnung in Beton)
- Bodenverbesserer (Austernschalenpulver + Pflanzenkohle aus Algen)
- Ausgangsstoff für die CO₂-Mineralisierung (CaO-Route)
Gemahlene Austernschalen können Berichten zufolge einen Teil der feinen Gesteinskörnung in Beton ersetzen[6]. Eine Vorbehandlung stellt Korngröße und Reinheit sicher, sodass die Hydratation des Zements nicht gestört wird. In einem fünfjährigen Versuch auf saurem Rotlehm-Ackerland (Erdnuss) verlangsamte Austernschalenpulver bei 750–2.250 kg/ha den Ertragsrückgang gegenüber der unbehandelten Kontrolle und begrenzte die Bodenversauerung sowie den Gehalt an pflanzenverfügbarem Cd[11]. Ob sich das Pulver mit Pflanzenkohle aus Algen zu einem Bodenverbesserer kombinieren lässt, prüfen wir derzeit.
Bei der CO₂-Mineralisierung (CaO-Route) werden die Schalen zu CaO kalziniert; dieses bindet CO₂ aus dem Rauchgas als CaCO₃[5]. Die Nettobilanz einschließlich des Energieaufwands für das Kalzinieren ist in einer Ökobilanz zu bewerten.
Stickstoff- und Phosphordünger
Wichtigste Verwendungen
- Flüssig- und Suspensionsdünger (direkte Nutzung der teilentwässerten Suspension)
- Fester Pelletdünger (Pressformung)
- Ressourcenrückgewinnung, integriert in die Abwasserbehandlung
Über die Stickstoffassimilation von Algal Bloom Capture werden NH₄⁺ und PO₄³⁻ aus dem zu behandelnden Wasser in der Algenbiomasse als Protein und Polyphosphat festgehalten. Ziel ist es, den größten Teil des Stickstoffs als Algenprotein zurückzugewinnen. Wir gehen davon aus, dass dabei weniger N₂ und N₂O in die Atmosphäre gelangen als bei Nitrifikation und Denitrifikation. Die Stickstoffbilanz einschließlich des von den Algen selbst gebildeten N₂O[12] und der Ammoniakverflüchtigung wird in der Demonstration überprüft.
Hinweis: Die Angaben zeigen das Potenzial als Düngerrohstoff auf. Sie sind keine garantierte Nährstoffdeklaration im Sinne des japanischen Düngemittelgesetzes. Um Biomasse aus Abwasser als Dünger zu verwenden, sind Analysen (etwa auf Schwermetalle) und die Einhaltung dieses Gesetzes erforderlich.
Marktchancen und Positionierung
3 Nachfragefelder
Futtermittel, Bodenverbesserer, Baustoffe
Markt für Algenbiomasse
Marktzahlen erläutern wir im Gespräch
Drei Nachfragefelder wachsen parallel: Futtermittel für die Aquakultur sollen nachhaltiger werden (Ersatz von Fischmehl), die Landwirtschaft fragt Bodenverbesserer ohne tierische Ausgangsstoffe nach, und der Bau braucht emissionsärmere Baustoffe.
Fragmentiert → integriert
Regionale GX-Projekte nehmen zu
Markt für die Verwertung von Austernschalen
Hiroshima, Miyagi, Okayama u. a.
Regionale Projekte zur Green Transformation (GX) wie HIROSHIMA SANDBOX sind angelaufen. Die Verwertung von Austernschalen verlagert sich von getrennten Einzelverfahren hin zu einer integrierten Verarbeitung.
GX / ESG
Anforderungen an Dekarbonisierung und Kreislaufwirtschaft
Regulatorischer Rückenwind
Politik in Japan
Der Bedarf, Abfälle in Ressourcen umzuwandeln, wird unter anderem durch Japans GX-Förderungsgesetz und das J-Credit-System verstärkt. Ob es Methodiken für Zertifikate gibt, die sich auf Algen oder Austernschalen anwenden lassen, wird noch geprüft.
Positionierung: Wettbewerbsmatrix
Höhere Wertschöpfung
Niedrigere Wertschöpfung
Integriert
Fragmentiert
Novelgen
Bloomo-Anbindung + LCA/MRV
Alle drei Verwertungswege zugleich
Bestehende Abfallentsorger
Einzelne Verwendung / kostengetrieben
Große Chemie- und Futtermittelhersteller
Hohe Wertschöpfung, aber nur ein Verfahrensschritt
Unterscheidungsmerkmale: direkte Anbindung an die Bloomo-Kultivierung / automatische Erfassung von LCA- und MRV-Daten (in Entwicklung, als Grundlage für die Bewertung des Kohlenstoffwerts) / alle Verwertungswege zugleich.
Entwicklung und bisherige Ergebnisse
Bisherige Ergebnisse (2023–2025)
Carbon-Recycling-Programm der Präfektur Hiroshima
Kombinierte Zucht von Pazifischen Austern und Mikroalgen
Für den SBIR-Fonds Phase 3 ausgewählt
Innovationsförderprogramm des Landwirtschaftsministeriums Japans (MAFF) für kleine und mittlere Unternehmen (System zur Austernmast und DX im Fischereivertrieb)
Für SBIR Phase 2 ausgewählt
Kreislaufaquakultur
Testlieferung von Bloom Oyster
Beginn der Marktbelieferung
Für HIROSHIMA SANDBOX ausgewählt
Zertifiziert durch die Hiroshima Industrial Promotion Organization
Derzeit in Entwicklung
Prototyp einer Anlage zur Entwässerung und Korngrößeneinstellung von Algenbiomasse vor Ort (Bloomo nachgeschaltet)
Anlage zum Mahlen von Austernschalen und Mischen mit Pflanzenkohle aus Algen
Erweiterung des Bloomo Cloud Service um die Anbindung an Ökobilanz und MRV
Nächste Meilensteine
Standardisierung von Ernte- und Trocknungsanlagen im kommerziellen Maßstab
Prüfung der Ökobilanz und der Anwendbarkeit von Methodiken für CO₂-Zertifikate
Bestätigung der Konformität mit den einschlägigen Gesetzen (Dünger, Futtermittel, Abfall)
Hinweis: Die genannten Ergebnisse beruhen auf bereits öffentlich bekannt gegebenen Informationen. Anlagenspezifikationen und Entwicklungsplan können sich im Verlauf der Demonstration ändern.
Literatur
- Geng Y., et al. "Microalgal biorefineries: a systematic review of technological trade-offs and innovation pathways." Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, 2025, 18, 93. DOI →
- Vázquez-Romero B., Perales J.A., Pereira H., Barbosa M., Ruiz J. "Techno-economic assessment of microalgae production, harvesting and drying for food, feed, cosmetics, and agriculture." Science of the Total Environment, 2022, 837, 155742. (1 ha industrial-scale case in southern Portugal, Nannochloropsis oceanica.) DOI →
- Fasaei F. et al. "Techno-economic evaluation of microalgae harvesting and dewatering systems." Algal Research, 2018. ScienceDirect →
- Siddik M.A.B. et al. "Expanded utilisation of microalgae in global aquafeeds." Reviews in Aquaculture, 2024. DOI →
- "Sustainable conversion of oyster shell waste into high-purity calcium carbonate via CO₂ mineralization." Journal of CO₂ Utilization, 2024. ScienceDirect →
- Hong Y.-M., Choudhury S.R. "The Substitution Effect of the Fine Aggregate in Concrete with Oyster Shell." Materials, 2024, 17(24), 6148. DOI →
- Munari C., Rossetti E., Mistri M. "Shell formation in cultivated bivalves cannot be part of carbon trading systems: a study case with Mytilus galloprovincialis." Marine Environmental Research, 2013, 92, 264–267. DOI →
- Martini A., et al. "Environmental performance and shell formation-related carbon flows for mussel farming systems." Science of the Total Environment, 2022, 831, 154891. DOI →
- Ahmad A. et al. "An overview of microalgae biomass as a sustainable aquaculture feed ingredient: food security and circular economy." Bioengineered, 2022, 13(4), 9521–9547. DOI →
- Stoichiometric estimate (not a literature value): assuming carbon makes up 50% of dry weight, 0.50 × 44.01 / 12.01 ≈ 1.83 t CO₂ per t DW. This is gross photosynthetic uptake, not a net reduction; ash-rich biomass grown in wastewater can contain less carbon.
- Li H., Wu Y., Li J., Han T., Liu K., Huang S. "Long-term oyster shell powder applications increase crop yields and control soil acidity and cadmium in red soil drylands." Frontiers in Plant Science, 2025, 16, 1506733. DOI →
- Plouviez M., et al. "The biosynthesis of nitrous oxide in the green alga Chlamydomonas reinhardtii." The Plant Journal, 2017, 91(1), 45–56. DOI →
Hinweis: Die Zahlen gelten für die Untersuchungsgegenstände und Bedingungen der jeweiligen Studie und sind keine Leistungswerte unserer Anlagen.
Gemeinsame Forschung und Partnerschaft
Bei Interesse an einer Demonstrationspartnerschaft, einer Technologielizenz oder gemeinsamer Entwicklung rund um die Anlagen zur Biomasseverwertung erreichen Sie uns über die Links unten. Detaillierte Unterlagen stellen wir nach Abschluss einer Geheimhaltungsvereinbarung (NDA) bereit.