Im Jahr 2020 ernteten Küstenbauern weltweit rund 36 Millionen Tonnen Großalgen, auch Seetang oder Kelp genannt; 97 Prozent davon in speziell angelegten Algenfarmen. Die Algen dienen als Nahrungsmittel, Viehfutter oder Dünger, vornehmlich in Küstenländern. Ihre Inhaltsstoffe werden aber auch weltweit gehandelt, weil sie bei der Herstellung von Lebensmitteln, Medikamenten und Kosmetikprodukten benötigt werden. Und immer häufiger nutzen Industrieunternehmen Algenbiomasse, um daraus Biotreibstoffe herzustellen – so zum Beispiel in der Volksrepublik China, die mittlerweile 59,5 Prozent der weltweit gehandelten Großalgen produziert.
Unter den Begriff Großalgen fallen Organismen aus drei taxonomischen Gruppen: den Braunalgen mit rund 2000 Arten, den Rotalgen mit mehr als 7200 Arten und den Grünalgen mit mehr als 1800 Arten. Für die weltweite Großalgenzucht aber wurden im Jahr 2019 gerade einmal 27 Arten verwendet, in erster Linie Rot- und Braunalgen.
Großalgen sind hochproduktive Organismen. Sie wachsen schnell und binden pro Jahr zwischen 91 und 522 Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter Meeresfläche, auf der sie wachsen. Die dazu benötigten Nährstoffe (Stickstoff und Phosphor) wiederum filtern die Algen aus dem Meer. Auf diese Weise reinigen sie nicht nur das Wasser und wirken einer Überdüngung der Küstengewässer entgegen. Sie reduzieren lokal auch die Versauerung des Meerwassers, weil sie im Zuge ihrer Fotosynthese Kohlendioxid aus dem Wasser aufnehmen und den enthaltenen Kohlenstoff in ihrem Gewebe einlagern.

Abb. 5.15 > Untersucht wird aktuell, ob sich die CO₂-Aufnahme des Ozeans durch Versenken von treibenden Sargassum-Algen steigern ließe.

Diese klimafreundlichen Eigenschaften und ihre vergleichsweise einfache Zucht brachten Fachleute auf die Idee, der Atmosphäre mehr Kohlendioxid zu entnehmen, indem sie riesige Algenfarmen anlegen, in denen Großalgen dann Fotosynthese betreiben und wachsen – sowohl in Küstennähe als auch auf Hoher See. Die so entstehenden Algenwälder oder -teppiche könnten dann auf dreierlei Weise klimafreundlich genutzt werden:

• als Ausgangsstoff für die Bioenergiegewinnung mit anschließender Kohlendioxidabscheidung und -speicherung (BECCS);
• als Ausgangsstoff für die Herstellung von Biokohle, mit der sich anschließend unter anderem der Bodenkohlenstoffgehalt von Äckern und Feldern sowie deren Wasserhaltevermögen erhöhen ließe;
• als Biomasse, die innerhalb kurzer Zeit in den Tiefen des Ozeans versenkt würde.

Durch das schnelle Versenken großer Mengen Biomasse ließe sich der Prozess der biologisch-organischen Kohlenstoffpumpe beschleunigen (siehe Kapi- tel 2). Auf diese Weise bliebe Meereslebewesen in der Wassersäule weniger Zeit, die Algenmassen zu fressen oder zu zersetzen. Deutlich mehr Biomasse könnte Tiefen von mehr als 1000 Metern oder sogar den Meeresboden erreichen und dort abgebaut oder aber im Sediment dauerhaft einlagert werden. In beiden Fällen wäre der in der Algenmasse enthaltene Kohlenstoff für lange Zeit in der Tiefe weggeschlossen. Nur zum Vergleich: Sinkt Biomasse bis auf eine Tiefe von 500 bis 3000 Metern, dauert es je nach Meeresgebiet mehr als 50 Jahre, bis der enthaltene Kohlenstoff oder mögliche Abbauprodukte wieder an die Oberfläche aufsteigen.
Ein rasanter Ausbau der Großalgenzucht scheitert derzeit daran, dass Algenfarmen bislang hauptsächlich in Küstengewässern betrieben werden, wo sowohl der Platz als auch die verfügbare Nährstoffmenge begrenzt sind. Hinzu kommt, dass sich die Küstengewässer im Zuge des Klimawandels erwärmen, was die Algenzucht zusätzlich erschwert. Forschende und Unternehmen versuchen deshalb, Anbautechnologien für die hohe See zu entwickeln, die sich über Flächen von mehreren Tausend Quadratkilometern einsetzen ließen. Ideen gibt es viele. Dazu gehören unter anderem:

• frei schwimmende (Sargassum-)Algenkäfige, die von ferngesteuerten Schleppbooten von einer nährstoffreichen Meeresregion in die nächste gezogen werden, um eine maximale Wachstumsrate zu erzielen;
• Algenwuchsplattformen, die tagsüber neun Meter unter der Meeresoberfläche schwimmen, nachts aber in nährstoffreiches Tiefenwasser gezogen werden;
• Plattformen, die versenkt werden, sowie sie vollständig mit Großalgen bewachsen sind. Ziel ist es hier, die Algenbiomasse schnellstmöglich in große Tiefen zu transportieren.

Grenzen und Risiken der Großalgenzucht

Auch wenn die großflächige Algenzucht zu den sogenannten naturbasierten Klimalösungen zählt, birgt sie Nachteile für Mensch und Umwelt. Denn wo viele Großalgen wachsen, beginnt ein ökosystemweiter Wettkampf um die im Wasser gelösten Nährstoffe. Werden die Algen geerntet und somit dem Meer entnommen, fehlt den marinen Lebensgemeinschaften nicht nur eine wichtige Nahrungsgrundlage, sondern dem Stoffkreislauf des Meeres langfristig auch die in der Algenmasse enthaltenen Nährstoffe. Diese Mangelsituation gilt vor allem für nicht überdüngte Küstengewässer und bedeutet in der Konsequenz, dass die Produktivität der entsprechenden Meeresregionen abnimmt.
Infolge dieser gefährlichen Kettenreaktion würden zunächst weniger Phytoplankton und Großalgen wachsen, wenig später deutlich weniger Tiere überleben, weil sie nicht mehr ausreichend zum Fressen fänden. In Chinas Algenanbaugebieten suchen Fachleute seit Jahren nach einer Lösung dieses Nährstoffproblems. Bisher aber führte jeder vielversprechende Ansatz zu weiteren Schwierigkeiten bei der Algenzucht, sodass es bis heute keine wirkliche Lösung gibt.
Der natürliche Nährstoffmangel in Meeresregionen wie zum Beispiel den subtropischen Wirbeln bedingt auch, dass sich die Großalgenzucht auf hoher See nicht auf den gesamten Ozean ausdehnen ließe. Vielversprechend wäre sie vermutlich nur in den sogenannten Auftriebsgebieten – also in jenen Meeresregionen, wo nährstoffreiches Tiefenwasser zur Meeresoberfläche aufsteigt – sowie überall dort, wo es dem Menschen gelingt, Tiefenwasser an die Meeresoberfläche zu pumpen oder aber die Wuchsplattformen regelmäßig aus der lichtdurchfluteten Oberflächenschicht in das nährstoffreiche Tiefenwasser hinabzuziehen.

Abb. 5.16 > Im November sind die Großalgenfarmen der chinesischen Provinz Fujian bereits aus der Ferne zu erkennen. Die hier gezüchteten Rot- oder Braunalgen sind zu diesem Zeitpunkt ausreichend gewachsen und werden von den Fischern nun Seil für Seil eingeholt.

Offene Frage: Wem gehören die Salzmarschen & Co?

Als Forschende vor Kurzem die Auswirkungen einer ozeanweiten Großalgenzucht mit anschließendem Versenken in der Tiefsee in einem Erdsystemmodell simulierten, wurden weitere Folgen und Risiken für das System Meer ersichtlich. Durch das schnelle Versenken der Biomasse in Wassertiefen von mehr als 3000 Metern und den auf diese Art und Weise reduzierten natürlichen Abbau des organischen Materials in mittlerer Wassertiefe würden die Sauerstoffmangelzonen in diesem Teil der Wassersäule abnehmen. Gleichzeitig aber würde der Sauerstoffverbrauch in großer Wassertiefe sowie am Meeresboden zunehmen: Dort nämlich würden Meeresorganismen nun einen Großteil der Algenmasse zersetzen, sodass sich zum einen sehr große Sauerstoffmangelzonen in der Tiefsee bilden würden; zum anderen würde das Tiefenwasser infolge der Kohlendioxid-Freisetzung durch die Mikroben versauern. Doch damit nicht genug: Weil auch mehr Biomasse im Meeresboden eingelagert werden würde, fehlten dem Meer langfristig die darin enthaltenen Nährstoffe. Das wiederum hieße abermals weniger Phytoplanktonwachstum und damit auch weniger Leben im Meer.
Die Großalgenzucht, so viel ist heute schon absehbar, wird keinesfalls die alleinige Lösung unseres Klimaproblems sein können. Stattdessen stellt sie eine Möglichkeit aus einer Vielzahl von Verfahren dar, mit denen der Mensch die Aufnahme von Kohlendioxid durch das Meer verstärken kann. Ihr großflächiger Einsatz aber hat Auswirkungen, die es vorher gründlich gegen einen möglichen Nutzen abzuwägen gilt.