Innovative Aquakulturtechnik und Fischhaltung

Durch Forschung und Entwicklung mit verschiedenen experimentellen Aquakultursystemen innerhalb der Community leistet Aquakultur@Fraunhofer einen Beitrag zum technologischen Fortschritt für innovative Haltungssysteme.  

Eine der Nährstoff-effizientesten Methoden, tierisches Protein zu produzieren, ist die Aquakultur. Dennoch können die Fische nur weniger als die Hälfte der im Fischfutter enthaltenen Nährstoffe in Biomasse umwandeln. Im Forschungsfeld Innovative Haltungssysteme werden neue Nutzungskonzepte für bereits etablierte Systeme, wie z.B. aquatische Co-Kulturen, entwickelt. Hier werden die bei der Fütterung der Fische eingesetzten Nährstoffe (Fischfutter) mehrfach genutzt. Die unverwerteten partikulären und gelösten Nährstoffe landen im Wasser, können jedoch von Wirbellosen und schlussendlich von Pflanzen oder Algen verwertet werden, um weitere wertvolle Biomasse zu produzieren.  

Daher steckt in neuen Nutzungskonzepten, wie etwa aquatischen Co-Kulturen, sehr großes Potential für die Bioökonomie und die Kreislaufwirtschaft.  

• Anlagen- und Verfahrenstechnik
• Mess-, Steuer- und Regeltechnik
• Ermittlung und Optimierung der Haltungsbedingungen verschiedener aquakulturrelevanter Tierarten
• Kreislaufanlagenmanagement
• Materialforschung
• Umweltverträglichkeit

Optimierung und Anpassung der Haltungsmethoden und -technik in geschlossenen Kreislaufanlagen (RAS) an die Anforderungen aquakultur-
relevanter Spezies

Geschlossene Kreislaufanlagen bieten durch Ihre Entkopplung von verschiedensten Umwelteinflüssen, wie z.B. der Photoperiode, dem Klima und Wasserversorgung die Möglichkeit nicht heimische Arten vor Ort nachhaltiger und umweltgerechter als in den Ursprungsländern zu produzieren. Ein gutes Beispiel stellen hierbei die Garnelen (L. vannamei) dar: Bei der Produktion in den Ursprungsländern wird die Umwelt oft stark belastet (Mangrovenabholzung) und das Endprodukt hat weite Transportwege.

Um allerdings diese Arten in geschlossenen Systemen produzieren zu können, ist eine genaue Erforschung der optimalen Haltungsbedingungen notwendig.

Diesem Thema widmet sich die Community durch die Nutzung verschiedener Techniken, wie der Gruppenrespirometrie zur Ermittlung der Stoffwechselzustände der Tiere oder der Nutzung von Kleinkreislaufsystemen, in denen, im replikaten Ansatz, gleichzeitig ein oder mehrere Umweltparameter gezielt manipuliert werden können.

Der Verzicht auf einen kontinuierlichen Wasseraustausch und damit die Entkopplung von Umwelteinflüssen im geschlossenen Kreislaufsystem ermöglicht eine Produktion aquatischer Organismen unter minimaler Einflussnahme auf die umliegenden Ökosysteme, da kaum gelöste Nährstoffe in die Vorfluter abgegeben werden. Dies führt jedoch, bei Wiederverwendungsraten von bis zu 99 % des Wassers, zu akkumulierenden Stoffwechselendprodukten, Nähr- und Mineralstoffen im Haltungssystem. Je höher der Wiederverwendungsgrad des Wassers, desto höher werden die Ansprüche an und Herausforderungen für die verwendete Wasseraufbereitungstechnik. 
 

In der Community wird sowohl an der Art der akkumulierenden Stoffe, als auch an der Steigerung der Effizienz der Filtertechnik aus Sicht der Filterleistung, aber auch des Energieverbrauches, geforscht. Konventionelle und innovative Anlagenkomponenten zur Wasseraufbereitung werden getestet und optimiert.

• Biofilter-Optimierung
• Denitrifikation
• Keimreduktion
• Abwasserreinigung
• Kreislaufanlagenmanagement
  • Materialforschung und Umweltverträglichkeit
  • Anlagen- und Verfahrenstechnik
  • Toleranzstudien
• Ermittlung und Optimierung der Haltungsbedingungen verschiedener Aquakultur relevanter Tierarten    

Dank neuartiger keramischer Komponenten können Aquakulturhaltungssysteme und Lösungen im Bereich der Wasseraufbereitung nachhaltig und effizient gestaltet werden. Durch Aufbereitung von Prozesswässern mittels keramischer Komponenten können unerwünschte Substanzen wie z.B. “Off-Flavour", welche mit herkömmlichen Methoden im Wasser verbleiben, entfernt werden. Somit wird die Kreislaufführung des Wassers verbessert. Weiterhin lassen sich sogar Wertstoffe wie verschiedene Stickstoffkomponenten aus dem Haltungswasser zurückgewinnen.

• Membrantechnologie, Hochleistungsbiologie und AOP (Advanced Oxidation Processes) -Systeme u.a.m.
• Nährstoffrecycling: Reduktion und ggf. Gewinnung von Ammoniak und Ammonium als verwertungsfähige Stickstoffkomponente 
  + Aufkonzentration und Membranextraktion 
  + Elektrochemisch-katalytische Denitrifikation 
  + Anaerobe Membranbioreaktoren für Denitrifikation
• Reduktion von Off-Flavour Substanzen: Effektive Reduktion von Geosmin und MIB (2-Methylisoborneol) in Aquakultur-Kreislaufanlagen 
  + Filtration mit getauchten keramischen Membranen in Kombination mit Adsorptionskomponenten 
  + Integration von photokatalytisch wirksamen, zellulären Keramiken in ein AOP-System zur Beckenreinigung/Desinfektion