Abwasser- und Schlammverwertung aus Kreislauf-Aquakultursystemen

Die Fischzucht an Land wird als nachhaltige Zukunft für intensive Aquakultursysteme gefördert, vor allem aufgrund ihres geringeren Fußabdrucks, des geringen Wasserverbrauchs, der kontrollierten Umweltbedingungen und der geringen Auswirkungen von Parasiten und Krankheiten. Dies ist jedoch mit Kosten verbunden, die in erster Linie auf den Energieverbrauch zurückzuführen sind, der die Produktionskosten antreibt.

Schätzungen zufolge beträgt die landbasierte Produktion von Atlantischem Lachs in Kreislaufaquakultursystemen (RAS) etwa 7 kWh/kg produzierter Fisch, was einem geschätzten CO2-Fußabdruck von 0,114 kg CO2-Äquivalenten/kWh entspricht. Dieser Wert kann je nach Art und je nachdem, wie intensiv die Produktion ist, erheblich variieren. Dennoch ist die RAS-Landwirtschaft nicht billig, aber die Vorteile sind groß, wenn Arten mit hohem Marktwert produziert werden.

Die Hauptprodukte der RAS-Aquakultur sind neben CO2 (das typischerweise aus dem RAS-System entgast wird) und Fischbiomasse nährstoffreiches Abwasser und Schlamm. Ersteres ist mit einem hohen Nitratgehalt angereichert – dem Endpunkt der Nitrifikation. Typischerweise ist es die Nitratkonzentration, die letztendlich die Geschwindigkeit des Wasseraustauschs in einem intensiven RAS-Aquakultursystem bestimmt, sofern kein aktiver Denitrifikationsprozess eingesetzt wird.

In Systemen mit einem solchen „Null-Wasseraustausch“ wird Nitrat anaerob in N2-Gas umgewandelt, was den Bedarf an Wasseraustausch im RAS-System verringert. Obwohl es sich bei diesen Systemen um eine relativ junge kommerzielle Entwicklung handelt, werden sie immer häufiger eingesetzt. In einem herkömmlichen RAS-System können die Nitratwerte variiert werden, wobei Werte von 150 mg/L oder mehr keine Seltenheit sind. Dabei handelt es sich um ein stark mit Nährstoffen angereichertes Abwasser, das weiter verwertet werden kann.

Bei konventionelleren Ansätzen wurde Süßwasser-RAS-Abwasser entweder in der Aquaponik mit offenem Kreislauf (wo das Wasser für den Gartenbau verwendet und dann abgeleitet wird) oder im geschlossenen Kreislauf (wo das Wasser in den Fischproduktionsprozess zurückgeführt wird) verwendet. Dabei werden mit dem mit Nitrat angereicherten Wasser Pflanzen (typischerweise unter gärtnerischen Bedingungen wie Blattgemüse oder Kräuter) angebaut. Eine Herausforderung stellt Brackwasser dar, da das Abwasser einen erhöhten Salzgehalt aufweist. Eine derzeit in der Entwicklung befindliche Lösung bietet die Kultur salztoleranter Pflanzen oder Makroalgen.

Eine weitere Alternative ist die Kultivierung von Mikroalgen in Photobioreaktoren, die mit RAS-Aquakultursystemen verbunden sind. Im Marineholmen RASLab wird gemeinsam mit seinem Forschungspartner NORCE das Testen und Prototyping der kombinierten RAS-basierten Smolt-Produktion von Atlantischem Lachs in Kombination mit der Mikroalgenproduktion untersucht.

Der feste Abfallbestandteil (der größtenteils aus Fischfäkalien und Futterresten besteht) wird als „Schlamm“ bezeichnet. Herkömmlicherweise wird dieser Abfall entweder durch Sedimentation und/oder durch einen Trommelfilter oder eine ähnliche Filtervorrichtung gesammelt und aus dem RAS-Aquakultursystem abgeleitet, um in einem Lagertank gesammelt zu werden, von wo aus er entsorgt wird. Dieses Material mit hohem Energiegehalt und großen Mengen an unverdautem und nicht absorbiertem Phosphor ist eine wertvolle Ressource für die Weiterverarbeitung.

Traditionell wurde der Schlamm möglicherweise zur Bodenanreicherung oder als Düngemittel für landwirtschaftliche Zwecke verwendet. In jüngerer Zeit wird ihm jedoch das Potenzial zur Produktion von Biogas zugeschrieben. In Zusammenarbeit mit NORCE, Clara Venture Labs und der Universität Bergen hat RASLab in einem Projekt namens „Sludge Appraisal Team – Entwicklung einer nachhaltigen Wertschöpfungskette vom Tank bis zum Produkt“ (Slam-Dunk) die Produktion von Biogas erforscht durch die Vergärung von Schlamm und Bakterienkultivierung sowie die Pyrolyse des Feststoffmaterials mittels Mikrowellen zur Erzeugung eines Gases (Syngas).

Das bei diesen Prozessen entstehende Gas kann dann energetisch genutzt oder für den Einsatz in Brennstoffzellen aufbereitet werden. Die Ergebnisse legen nahe, dass unterschiedliche Schlammzusammensetzungen aus verschiedenen Phasen der Atlantischen Lachsproduktion unterschiedliche potenzielle Produkte für die weitere Entwicklung von Biosynthesegas und potenzielle Produkte ergeben. Es wird jedoch erwartet, dass die Weiterentwicklung dieser Prozesse zur Verwertung der Abfallprodukte führen und somit die Nettonachhaltigkeit der gesamten Wertschöpfungskette der Atlantischen Lachsproduktion erhöhen wird.

Auch wenn die Weiterentwicklung von Abfallströmen als wertvolle Ressourcen in Aquakultursystemen noch in den Kinderschuhen steckt, deutet sie auf eine nachhaltigere Zukunft hin und maximiert den Nettowert, der aus der landbasierten Fischzucht erzielt werden kann, was letztlich den Nettowert pro Energieeinsatzeinheit für die Intensivfischerei erhöht Produktion.

Das Konzept, Fischabfälle für die potenzielle Produktion von Fischfutter für weitere Generationen zu nutzen, entweder durch die Produktion von bakterieller Biomasse oder durch Algen oder andere proteinbasierte Produktionen (z. B. Insektenlarven), ist eine weitere spannende Möglichkeit. Allerdings ist dies derzeit mit rechtlichen Herausforderungen verbunden, bis die Sicherheit dieser potenziellen Futtermittelinhaltsstoffe nachgewiesen ist. Sobald jedoch die Kreislaufwirtschaft in der Aquakultur überwunden ist, wird sie das Potenzial dieser blauen Wirtschaft deutlich machen. Mittlerweile bieten die Mikroalgenproduktion und die Biosynthesegasproduktion wichtige Lösungen für die nährstoffreichen Abfälle aus der landgestützten Landwirtschaft – ein weiterer Weg, mit dem Marineholmen RASLab „die Zukunft der Aquakultur innoviert“.

Bitte beachten Sie, dass dieser Artikel auch in der vierzehnten Ausgabe unserer vierteljährlichen Publikation erscheinen wird.

Gehen Sie zur Profilseite dieses Partners, um mehr über ihn zu erfahren

Speichern Sie meinen Namen, meine E-Mail-Adresse und meine Website in diesem Browser für den nächsten Kommentar.

D