14.10.2022 - Cornell University

Onshore-Algenfarmen könnten die Welt nachhaltig ernähren

Wie können wir die Nahrungsmittelproduktion auf einer begrenzten Ackerfläche um mehr als 50 % steigern, um die prognostizierten 10 Milliarden Menschen bis 2050 zu ernähren?

Die Lösung könnte in Form von nährstoff- und proteinreichen Mikroalgen (Einzeller) liegen, die in mit Meerwasser gespeisten Aquakulturanlagen an Land gezüchtet werden.

Ein Papier mit dem Titel "Transforming the Future of Marine Aquaculture: A Circular Economy Approach" (Ein Ansatz der Kreislaufwirtschaft), der in der September-Ausgabe der Zeitschrift Oceanography veröffentlicht wurde, wird beschrieben, wie der Anbau von Algen an Land eine prognostizierte Lücke im zukünftigen Nahrungsmittelbedarf der Gesellschaft schließen und gleichzeitig die ökologische Nachhaltigkeit verbessern könnte.

"Wir haben die Möglichkeit, Lebensmittel mit hohem Nährwert und schnellem Wachstum anzubauen, und zwar in einer Umgebung, in der wir nicht mit anderen Nutzungen konkurrieren", so Charles Greene, emeritierter Professor für Erd- und Atmosphärenwissenschaften und Hauptautor der Studie. "Und weil wir sie in relativ geschlossenen und kontrollierten Anlagen anbauen, haben wir nicht die gleichen Umweltauswirkungen.

Selbst wenn die Weltbevölkerung in den kommenden Jahrzehnten wächst, werden der Klimawandel, begrenzte Anbauflächen, Süßwassermangel und Umweltzerstörung die Menge an Lebensmitteln , die angebaut werden kann, einschränken, heißt es in der Studie.

"Mit der Art und Weise, wie wir derzeit Lebensmittel produzieren, und unserer Abhängigkeit von der terrestrischen Landwirtschaft können wir unsere Ziele einfach nicht erreichen", so Greene.

Da die Wildfischbestände bereits stark ausgebeutet sind und die Aquakultur von Meeresfischen, Muscheln und Algen in den Küstenmeeren eingeschränkt ist, plädieren Greene und seine Kollegen für den Anbau von Algen in Onshore-Aquakulturanlagen. GIS-basierte Modelle, die von der ehemaligen Cornell-Absolventin Celina Scott-Buechler '18, M.S. '21 entwickelt wurden, sagen die Erträge auf der Grundlage der jährlichen Sonneneinstrahlung, der Topographie und anderer Umwelt- und Logistikfaktoren voraus. Die Modellergebnisse zeigen, dass die besten Standorte für Algenzuchtanlagen an Land entlang der Küsten des globalen Südens liegen, einschließlich Wüstengebieten.

"Algen können tatsächlich die Kornkammer des globalen Südens werden", sagte Greene. "In diesem schmalen Streifen Land können wir mehr als alle Proteine produzieren, die die Welt braucht."

Neben dem hohen Proteingehalt weisen die Forscher darauf hin, dass Algen Nährstoffe liefern, die in der vegetarischen Ernährung fehlen, z. B. essenzielle Aminosäuren und Mineralien, die in Fleisch vorkommen, sowie Omega-3-Fettsäuren, die häufig in Fisch und Meeresfrüchten enthalten sind.

Algen, die 10-mal schneller wachsen als herkömmliche Pflanzen, können auf eine Art und Weise produziert werden, die effizienter ist als die Landwirtschaft, was die Nutzung von Nährstoffen angeht. Wenn Landwirte beispielsweise Stickstoff- und Phosphordünger für den Anbau von Feldfrüchten verwenden, fließt etwa die Hälfte davon vom Feld ab und verschmutzt die Wasserwege. Mit Algen, die in geschlossenen Anlagen gezüchtet werden, können überschüssige Nährstoffe aufgefangen und wiederverwendet werden.

In ähnlicher Weise muss den Aquakulturteichen Kohlendioxid zugeführt werden, um Algen zu züchten. Forscher und Unternehmen haben mit dem Zusatz von Algen zu Baumaterialien und Zement experimentiert, wobei der Kohlenstoff gebunden und aus der Atmosphäre entfernt wird. "Wenn wir Algen in diesen langlebigen Baumaterialien verwenden, haben wir das Potenzial, kohlenstoffnegativ zu sein und Teil der Lösung für den Klimawandel zu sein", so Greene.

Eine Herausforderung besteht darin, dass die Beschaffung von CO2 derzeit teuer und energieineffizient ist, aber die Ingenieure experimentieren mit konzentrierten Solartechnologien, die Spiegel verwenden, um das Sonnenlicht zu bündeln und zu konzentrieren, um eine Arbeitsflüssigkeit zu erhitzen, die wiederum in Technologien zur direkten Abscheidung von Kohlendioxid aus der Luft verwendet werden kann.

Auch wenn die Algenzucht auf dem Papier viele Ernährungs- und Umweltprobleme löst, kann sie nur dann erfolgreich sein, wenn die Menschen sie in ihre Ernährung und für andere Zwecke aufnehmen. Eine Möglichkeit besteht darin, nährstoffreiche Algen als Hauptbestandteil oder Zusatz zu pflanzlichem Fleisch zu verwenden, das derzeit aus weniger nährstoffreichen Erbsen und Soja hergestellt wird.

Mitautor Xingen Lei, Professor für Tierwissenschaften an der Cornell University, und andere Kollegen haben herausgefunden, dass Hühner, die Algen dem Hühnerfutter beifügen, Eier mit der dreifachen Menge an Omega-3-Fettsäuren legen als normale Eier.

Ein weiterer Artikel über die Perspektiven, der die Punkte dieser Arbeit hervorhebt und erweitert, wird in der Oktoberausgabe von PLoS Biology erscheinen. Scott-Buechler, derzeit Doktorand in Stanford, ist Mitautor beider Arbeiten.

Die Studie wurde u. a. vom US-Energieministerium und dem US-Landwirtschaftsministerium unterstützt.

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