Aquakulturkreislaufanlage

Innovative Forschungsanlage

Die Bedeutung der Aquakultur wächst stetig. Im Jahr 2014 übertraf der menschliche Konsum von Aquakulturprodukten erstmals den von Wildfisch. Um die für 2030 formulierten Ziele für nachhaltige Entwicklung der Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) umsetzen zu können, müssen die Kapazitäten in der Aquakulturproduktion deutlich erhöht und gleichzeitig die eingesetzten Ressourcen so weit wie möglich geschont werden. Vor diesem Hintergrund kommt der Entwicklung nachhaltiger Produktionsverfahren eine besondere Bedeutung zu. In Kreislaufsystemen oder Kreislaufanlagen (engl. Recirculating Aquaculture Systems, RAS) findet die Aquakultur von Fischen, Algen oder Krebstieren in Becken statt. Das Haltungswasser wird in einer integrierten Wasseraufbereitung gereinigt und dann wieder in die Haltungsbecken zurückgeleitet (Kreislauf). Der Einsatz der Kreislauftechnik ermöglicht im Vergleich zu konventionellen Durchflussanlagen eine signifikante Reduktion des Wasserbedarfs. Die niedrigen Wasseraustauschraten führen jedoch auch zu einer potentiellen Anreicherung des Wassers mit organischen Substanzen wie Futtermitteln und deren Zusatzstoffen, die dem Kreislaufsystem kontinuierlich zugeführt werden. Dies erfordert eine effiziente Wasseraufbereitung, um optimale Haltungsbedingungen für die Fische zu gewährleisten. Biologische Filtersysteme übernehmen dabei den Abbau von gelösten organischen Verbindungen aus Futterresten und Fischausscheidungen mit Hilfe von Bakterien, denen eine möglichst große Besiedlungsfläche in speziellen Filtern angeboten wird. Zur Reduktion des Keimdrucks und der Schadstofflast im Haltungswasser stehen zudem effektive Desinfektionsverfahren (z.B. UV-Bestrahlung oder Ozon-Behandlung) zur Verfügung.

Da Kreislaufsysteme eine individuelle Reinigungsdynamik aufweisen, ist im Rahmen von Kreislaufmanagementstudien der Vergleich mehrerer Anlagen notwendig. Die in Schmallenberg in Betrieb genommene Versuchsanlage besteht aus 7 baugleichen Einzelkreisläufen, die den Vergleich von Behandlungs- und Kontrollgruppen mit jeweils mehreren Replikaten ermöglichen. Um den Aufwand für die Durchführung der Studien zu minimieren, wurde die Größe der einzelnen Kreisläufe (Produktionstankgröße von 250 l pro Kreislauf) auf ein Minimum beschränkt. Die einzelnen Kreisläufe sind aus rostfreiem Stahl gefertigt, was die Verwendung von ¹⁴C-markierten Substanzen ermöglicht. Dadurch können wertvolle Informationen über den Verbleib von futtermittelbedingten und biogenen Stoffen in der Produktionskette gewonnen werden. Das neue RAS-System kann im Süßwassermodus betrieben werden. Für die Fütterungsversuche können verschiedene Fischarten wie die Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss) und der Nil-Tilapia (Oreochromis niloticus) verwendet werden.

Die Gesamtheit aller nicht-genetischen, endogenen wie exogenen Umwelteinflüsse im Aquakultursystem stellt das Exposom der Anlage dar, welchem die Tiere im Rahmen des Produktionsprozesses ausgesetzt sind. Mit den am Standort verfügbaren modernen Analyseinstrumenten können organische Stoffe in den während der Studien entnommenen Wasser- und Fischgewebeproben quantifiziert werden. Die Kombination aus hochspezifischer Analytik und isotopenmarkierten Verbindungen ermöglicht die Identifizierung der Metaboliten organischer Substanzen.

Mit der innovativen Aquakulturversuchsanlage und den modernen chemisch-analytischen, mikrobiologischen und molekularbiologischen Laboren am Standort in Schmallenberg hat das Fraunhofer IME die Möglichkeit, seinen Kunden ein umfassendes Bewertungskonzept zur Aquakultur anzubieten. Die Studien können dabei auch unter GLP-Bedingungen (Good Laboratory Practice) durchgeführt werden.