Rezirkulierende Aquakultursysteme (RAS)

Die Kul­ti­vie­rung von Fischen an Land wur­de in den letz­ten Jahr­hun­der­ten stark opti­miert. Ins­be­son­de­re die geschlos­se­ne Kreis­lauf­an­la­ge (Eng­lisch: recir­cu­la­ting aquacul­tu­re sys­tem, kurz: RAS) hat sich mitt­ler­wei­le neben den tra­di­tio­nel­len Aqua­kul­tur­me­tho­den wie Teich­sys­te­men, Netz­kä­fi­gen und Durch­fluss­sys­te­men eta­bliert. Um einen kon­kre­ten Über­blick zu den Unter­schie­den der bei­den Metho­den zu erhal­ten, wer­den nach­fol­gend zunächst die Merk­ma­le tech­no­lo­gi­sier­ter Kreis­lauf­sys­te­me mit tra­di­tio­nel­len Zucht­me­tho­den ver­gli­chen. Dar­über hin­aus wird anhand des SEAWATER Cubes der Auf­bau einer inno­va­ti­ven geschlos­se­nen Kreis­lauf­an­la­ge detail­liert in den ein­zel­nen Pro­zess­schrit­ten erklärt.

Traditionelle Aquakultur vs. hoch technologisierte Kreislaufsysteme

Ver­gleicht man exten­siv bzw. semi-inten­si­ve Metho­den wie Teich­sys­te­me, Netz­kä­fi­ge und Durch­fluss­sys­te­me mit geschlos­se­nen Kreis­lauf­an­la­gen, so wer­den die Unter­schie­de mit Blick auf die nach­fol­gen­de Über­sicht schnell klar. Öko­lo­gisch betrach­tet sind die RAS klar im Vor­teil und auch im Hin­blick auf die Regio­na­li­tät der Pro­duk­ti­on und die Reduk­ti­on von Immis­sio­nen kön­nen die­se Sys­te­me punkten.

Aufbau einer geschlossenen Kreislaufanlage am Beispiel des SEAWATER Cubes

Der SEAWATER Kreis­lauf setzt sich als geschlos­se­ner Kreis­lauf zur Auf­zucht von Fischen aus 10 ent­schei­den­den Kom­po­nen­ten zur Was­ser­auf­be­rei­tung zusam­men. Das Fisch­hal­te­be­cken, der Trom­mel­fil­ter, die Kreis­lauf­pum­pe und der Bio­fil­ter mit Belüf­tung durch den Kom­pres­sor befin­den sich im Haupt­kreis­lauf. Auch der Abschäu­mer mit Zuga­be von Ozon durch den Ozon­ge­ne­ra­tor, die CO2-Desorp­ti­on und die Deni­tri­fi­ka­ti­on befin­den sich im Haupt­kreis­lauf, jedoch wer­den sie nur mit einem Teil des Was­ser­stroms beauf­schlagt. Die Sedi­men­ta­ti­on befin­det sich in einem Bypass des Trom­mel­fil­ters und des Fischhaltebeckens.

  1. Das Fisch­hal­te­be­cken ist voll­stän­dig mit Was­ser befüllt und dient als Lebens­raum für die Tie­re. Dar­in wer­den Fut­ter und Sauer­stoff ein­ge­tra­gen. Zudem wer­den die Aus­schei­dun­gen der Fische (Fäzes, CO2, Ammo­ni­ak bezie­hungs­wei­se Ammo­ni­um) durch den star­ken Strö­mungs­ver­lauf des Was­sers zur ers­ten Kom­po­nen­te der Was­ser­auf­be­rei­tung trans­por­tiert. Rele­van­te und mess­ba­re Para­me­ter sind unter ande­rem der Salz­ge­halt (bei Salz­was­ser-Aqua­kul­tur), die Tem­pe­ra­tur, der pH-Wert und die Redox-Span­nung sowie der Sauerstoffgehalt.
  2. Der Trom­mel­fil­ter dient der Aus­tra­gung von Fest­stof­fen und Par­ti­keln, die gene­rell grö­ßer als 40µm sind (abhän­gig von der Maschen­wei­te der Filtergaze). 
  3. Das par­ti­kel­be­las­te­te Rück­spül­was­ser wird zur Was­ser­rück­ge­win­nung in die Sedi­men­ta­ti­on geführt. Dort set­zen sich die Par­ti­kel am Boden ab. Die­ser Schlamm wird gezielt aus dem Sys­tem ent­fernt, wohin­ge­gen das geklär­te Was­ser im obe­ren Teil der Sedi­men­ta­ti­on ins Sys­tem zurück­ge­führt wird. 
  4. Die Kreis­lauf­pum­pe beför­dert das Was­ser der Anla­ge vom Pum­pen­sumpf, mit dem dar­in befind­li­chen Trom­mel­fil­ter, in die Was­ser­auf­be­rei­tungs­kom­po­nen­ten und gene­riert somit erst den not­wen­di­gen Durch­fluss für die Wasseraufbereitung. 
  5. Der Bio­fil­ter macht sich den bio­lo­gi­schen Pro­zess der Nitri­fi­ka­ti­on zunut­ze, um das von den Fischen aus­ge­schie­de­ne Ammo­ni­ak bzw. Ammo­ni­um zunächst zuNi­trit und dann zu Nitrat umzu­wan­deln. Die­se Auf­ga­be über­neh­men auto­tro­phe, aero­be Bak­te­ri­en, wel­che durch Bio­film­bil­dung an Kunst­stoff­trä­gern (Car­ri­ern bzw. Fil­ter­pel­lets) haften. 
  6. Für die­sen Pro­zess wird Sauer­stoff benö­tigt, wel­cher durch den Kom­pres­sor in die Fil­ter­kom­po­nen­te beför­dert wird. 
  7. Der Ozon­ge­ne­ra­tor unter­stützt den Pro­zess der Schaum­bil­dung im nach­fol­gen­den Schritt und begüns­tigt die Ablö­sung von Pro­te­inen aus Partikeloberflächen. 
  8. Der Abschäu­mer ist ein phy­si­ka­lisch arbei­ten­des Gerät, auch „Flota­ti­on“ oder „Pro­te­ins­kim­mer“ genannt. In die­sem Pro­zess­schritt wer­den in einem Gegen­strom­ver­fah­ren ober­flä­chen­ak­ti­ve Eiweiß­ver­bin­dun­gen an die ein­ge­tra­ge­nen Luft­bla­sen ange­haf­tet. Dadurch wird eine Schaum­bil­dung erzeugt. Der Schaum wird anschlie­ßend mit den an ihm haf­ten­den ampho­ly­ti­schen Sub­stan­zen, Viren und Par­ti­keln (z. B. Bak­te­ri­en) aus­ge­tra­gen. Damit wer­den im Abschäu­mer alle klei­nen Par­ti­kel (< 40 µm) aus dem Was­ser ent­fernt, die den Trom­mel­fil­ter noch pas­sie­ren konnten. 
  9. Die CO2-Desorp­ti­on ist eine Ent­gasungs­kom­po­nen­te, um das von Fischen und Bak­te­ri­en abge­schie­de­ne Koh­len­stoff­di­oxid aus dem Was­ser zu ent­fer­nen. Zusätz­lich dient die in der CO2-Desorp­ti­on ein­ge­tra­ge­ne Außen­luft zur Küh­lung des Wassers. 
  10. Der anae­ro­be Bio­fil­ter, die Deni­tri­fi­ka­ti­on, arbei­tet eben­falls mit Bak­te­ri­en und ent­spre­chen­den Car­ri­ern. Die Deni­tri­fi­ka­ti­on stellt dabei im Wesent­li­chen die Umwand­lung von Nitrat zu ele­men­ta­rem Stick­stoff (N2) dar und arbei­tet nur bei gerin­gen Sauer­stoff­kon­zen­tra­tio­nen (cir­ca < 0,1 mg/L; anae­ro­be Ver­hält­nis­se = unter Sauer­stoff­ab­schluss). Der Stick­stoff wird in die Umge­bungs­luft abgegeben.

Betrach­tet man abschlie­ßend noch­mal die ver­schie­de­nen Sys­te­me, so kann fest­ge­hal­ten wer­den, dass offe­ne Aqua­kul­tu­ren wie bei­spiels­wei­se Teich­an­la­gen auf­grund der Bio­di­ver­si­tät wahr­schein­lich die „Ide­al­vor­stel­lung“ in den Köp­fen der Ver­brau­cher sind. Auf­grund des enor­men Platz­be­darfs ist mit die­sen Zucht­me­tho­den jedoch kei­ne nach­hal­ti­ge Bestands­er­hö­hung in Deutsch­land mög­lich. Pro­ble­ma­tisch sind außer­dem die oft hohen Ver­lus­te, wel­che durch Krank­hei­ten, kli­ma­ti­sche Extre­ma oder fisch­fres­sen­de Tie­re ver­ur­sacht werden.

Der ent­schei­den­de Vor­teil geschlos­se­ner Kreis­lauf­an­la­gen ist die Unab­hän­gig­keit von äuße­ren Ein­flüs­sen. Wo bis­her vor allem Groß­an­la­gen Stand der Tech­nik waren, ent­wi­ckeln sich lang­sam alter­na­ti­ve Kon­zep­te. Der SEAWATER Cube ist ein Bei­spiel für ein moder­nes, kom­pak­tes und stan­dar­di­sier­tes Anla­gen­sys­tem. Mit ihm ermög­li­chen wir die Pro­duk­ti­on hoch­prei­si­ger Spei­se­fi­sche, wel­che klei­ne bis mit­tel­stän­di­sche Betrie­be regio­nal zum Ver­kauf anbie­ten kön­nen. Neben dem gerin­gen Platz­be­darf ist auch kein gro­ßer Bau- und Instal­la­ti­ons­auf­wand für die Inbe­trieb­nah­me der Anla­ge not­wen­dig. Mit inno­va­ti­ven Kom­po­nen­ten stel­len wir stets eine sehr gute Was­ser­qua­li­tät in der Anla­ge sicher und kön­nen dadurch das Auf­tre­ten von Krank­hei­ten stark redu­zie­ren. Im SEAWATER Cube wer­den gänz­lich auf den Ein­satz von Anti­bio­ti­ka ver­zich­tet und die wich­ti­gen Bak­te­ri­en­kul­tu­ren in den bio­lo­gi­schen Fil­ter geschont. Zudem schaf­fen wir mit die­sem Sys­tem die Mög­lich­keit einer glä­ser­nen Pro­duk­ti­on, wodurch dem Ver­brau­cher mehr Trans­pa­renz gebo­ten und eine Nähe zum Pro­dukt geschaf­fen wird.

Aqua­kul­tur ist der wachs­tums­stärks­te Bereich der Lebens­mit­tel­pro­duk­ti­on. Die Inves­ti­ti­on in nach­hal­ti­ge Fisch­zucht­me­tho­den lohnt sich, denn nur dadurch kön­nen die Welt­mee­re geschont und ein ent­schei­den­der Bei­trag zum Schutz der natür­li­chen Bestän­de geleis­tet werden.

Refe­ren­zen

— Badio­la, M.; Men­dio­la, D.; Bos­tock, J.: Recir­cu­la­ting Aquacul­tu­re Sys­tems (RAS) ana­ly­sis: Main issu­es on manage­ment and future chal­len­ges. Else­vier B.V., 2012.

— Lekang, O.-I.: Aquacul­tu­re Engi­nee­ring. Second Edi­ti­on, John Wiley & Sons, Ltd., 2013.

— Mar­tins, C. I. M.; Eding, E. H.; Ver­de­gem, M. C. J.; Heins­broek. T. N. et al: New deve­lo­p­ments in recir­cu­la­ting aquacul­tu­re sys­tems in Euro­pe: A per­spec­ti­ve on envi­ron­men­tal sus­taina­bi­li­ty. Aquacul­tu­ral Engi­nee­ring, Else­vier B.V., 2010.

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— Stein­bach, C.: Ent­wick­lung eines Sub­stra­tes für Fließ­bett-Deni­tri­fi­ka­ti­ons­stu­fen in Fluid­kreis­läu­fen der Mari­kul­tur. Mas­ter­the­sis, Hoch­schu­le für Tech­nik und Wirt­schaft des Saar­lan­des, 2014.

— Schaar, S.: Aus­le­gung eines deni­tri­fi­zie­ren­den Bio­fil­ters in einer geschlos­se­nen Kreis­lauf­an­la­ge für Wolfs­bar­sche. Bache­lorthe­sis, 2019.

—  http://orgprints.org/32165/1/32165–15OE026-naturland-bergleiter-2017-kreislaufanlagen-aquakultur.pdf, auf­ge­ru­fen am 02.10.2019

—  Stav­ra­ki­dis-Zachou, O.; Ernst, A.; Stein­bach, C.; Wag­ner, K.; Wal­ler, U.: Deve­lo­p­ment of deni­tri­fi­ca­ti­on in semi-auto­ma­ted moving bed bio­film reac­tors ope­ra­ted in a mari­ne recir­cu­la­ting aquacul­tu­re sys­tem. Sprin­ger Natu­re Switz­er­land, 2019.

— van Rijn, J.: Was­te tre­at­ment in recir­cu­la­ting aquacul­tu­re sys­tems. Aquacul­tu­ral Engi­nee­ring, Else­vier B.V., 2012.