OptiRAS - Effektive Nutzung von Restströmen in einer integrierten Salzwasseraquakultur

Zielsetzung:

Gemeinsam mit den Partnern Erwin Sander Elektroapparatebau GmbH und KS VTCtech GmbH entwickelt und erprobt das Alfred-Wegener-Institut (AWI) eine integrierte Aquakultur auf Basis rezirkulierender Systeme (RAS).

Im Projekt soll die Aufzucht schnellwachsender mariner Warmwasserarten, dem Giant Grouper (Epinephelus lanceolatus), und der tropischen Salzwassergarnele Litopenaeus vannamei mit der Produktion von salztoleranten Pflanzen und einer Karbonisierung anfallender Feststoffe kombiniert werden.

Das OptiRAS Konzept: Effektive Nutzung von Restströmen in einer integrierten Salzwasseraquakultur. Grafik: Bert Wecker

Durch die intelligente Verknüpfung der Stoffströme einer landbasierten marinen Warmwasser- Tierzucht werden neue, kommerziell interessante Produkte erzeugt, aber vor allen auch die Lasten der Abwasser- bzw. Reststoffströme hinsichtlich Nährstoff- und Partikelfracht deutlich optimiert und für die Einspeisung vorbereitet.

Im Rahmen des Projektes werden zunächst anhand von wissenschaftlichen Versuchen mit Giant Grouper und Garnele am AWI die Basisdaten für die bauliche und produktionstechnische Auslegung der Pilotanlage erarbeitet. Bezüglich der Zucht salztoleranter Pflanzen werden unterschiedliche Kultivierungsmethoden untersucht und die Haltungsparameter für interessante Kandidaten bestimmt. Außerdem erfolgt eine Erfassung der Stoff- und Energieströme der Halophyten- und aquatischen Tierzuchten. Die Bilanzierung dieser Daten soll in die bauliche Auslegung der Pilotanlage einfließen.

Die Firma Erwin Sander Elektroapparatebau GmbH wird die Errichtung einer Pilotanlage übernehmen. Neben der Konzeption und dem Bau beider Zuchtbereiche wird die Kopplung von Tier- und Pflanzenzucht und der Testlauf im anwendungsorientierten Maßstab hier durchgeführt.

Um auch die anfallenden Reststoffe bei der Produktion von marinen Fischen bzw. Garnelen und Halophyten (Faeces, Bakterienbiomasse, Pflanzenmaterial, weitere Reststoffe) sinnvoll und effektiv nutzen zu können, wird im Projekt die Karbonisierung dieser Stoffe mittels HTC Verfahren zu einer hochwertigen Biokohle untersucht. In Versuchen werden die Effekte von spezifischen Reststoffeigenschaften auf den Karbonisierungsprozess untersucht und stoffliche und energetische Bilanzierungen vorgenommen.

Juvenile Giant Grouper am AWI Bremerhaven. Foto: Mirko Bögner

Europäischer Queller: ein Vertreter salztoleranter Pflanzen. Foto: Mirko Bögner

Nicht jede Variante verbrannten Stoffes ist für den Einsatz als Dünger gleichermaßen geeignet! Wer die Rohstoffe zum Verbrennen jedoch sorgfältig auswählt und darüber hinaus auch auf eine angemessene Verwendung achtet, profitiert von einer natürlichen Nährstoffversorgung und einem üppigen Wachstum. Foto: Gerald Dunst

Kann Aquakultur komplett ohne Reststoffe funktionieren? Das Projekt OptiRAS hat einen Ansatz entwickelt. In einem deutschlandweit einzigartigen Konzept wurde Prozesswasser für Hydroponik verwendet, und Reststoffe mariner Fischzuchtsystem verkohlt. Mehrere Produktionsebenen inkl. ihrer Reststoffe wurden zu einem durchdachten Kreislaufsystem verbunden – mit überraschend vielseitigen Ergebnissen.

Im Zentrum des Projekts: die Warmwasser-Fischart Giant Grouper, salztolerante Pflanzen wie Queller und Salzkraut zur Verwertung gelöster Nährstoffe aus der Fischhaltung– und ein Verfahren, um alle anfallenden Feststoffe der Aquakultur in wertvolle Biokohle zu verwandeln.

Drei Herausforderungen – eine Lösung

1. Neue Fischarten wirtschaftlich züchten: Der Riesenzackenbarsch (Epinephelus lanceolatus) gilt in Asien als Delikatesse. In Deutschland wurde er nun erstmals in einer marinen Kreislaufanlage (RAS) getestet – mit Erfolg. Die Tiere wuchsen unter verschiedenen Haltungsdichten ausgezeichnet ohne Anzeichen von Stress, zeigten gute Gesundheitswerte und lassen sich mit EU-zugelassenem Futter gut ernähren.

2. Pflanzen in Salzwasser kultivieren: In einem eigens entwickelten aeroponischen System wurden Queller, Salzkraut und Hirschhornwegerich angebaut. Das Resultat: Einige Pflanzen gedeihen sogar besser im salzhaltigen Aquakulturwasser als mit normalem Dünger – eine nachhaltige Ergänzung zur Fischzucht.

3. Reststoffe verwerten statt entsorgen: Anstatt Ausscheidungen und Futterreste der Fischzucht zu entsorgen, wurden sie im Projekt per hydrothermaler Karbonisierung (HTC) in Biokohle umgewandelt. Diese Biokohle kann zur Düngung, zur Komposterde („Terra Preta Shrimp“) oder zur thermischen Verwertung eingesetzt werden.

Ein System, das alles verbindet

Das OptiRAS-System ist mehr als eine Aquakultur – es ist ein modulares Baukastensystem, das Tierzucht, Pflanzenproduktion und Reststoffverwertung kombiniert. Besonders innovativ ist das aeroponische Pflanzenmodul, das in Gebäuden übereinander betrieben werden kann und so extrem platzsparend ist. Die Pflanzen wachsen dort auf Nebelbasis – ohne Erde, aber mit exakt abgestimmten Nährstoffen aus dem Fischwasser.

Die Kombi mit Pflanzen erhöht die Ausnutzung der Ressourcen, und die Biokohle schafft sogar ein neues Produkt für die Gartenbau- oder Energiebranche.

Fazit: Nachhaltigkeit mit Marktpotenzial

OptiRAS liefert ein schlüssiges Konzept für die Marine Aquakultur der Zukunft: Kein Abwasser, kein Dünger von außen, keine Reste – stattdessen eine clevere Kopplung biologischer Prozesse. Die Pilotanlagen bleiben auch nach Projektende im Einsatz, um das System weiter zu optimieren.

Projektkoordination: Mirko Bögner, Alfred-Wegener-Institut (AWI)