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Photobioreaktor Algenzellen automatisiert kultivieren

Quelle: Pressemitteilung |

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K.A. Schmersal GmbH & Co. KG
BD|SENSORS GmbH
Beamex GmbH
Festo SE & Co. KG

Mit dem Forschungsprojekt Photo Bionic Cell zeigt Festo einen möglichen Ansatz für die industrielle Biologisierung von morgen. Mit einem innovativen Photobioreaktor lassen sich Algen automatisiert kultivieren und ihr Wachstum kontrollieren.

Mit dem Bioreaktor können Algen automatisch kultiviert und ihr Wachstum kontrolliert werden.
Mit dem Bioreaktor können Algen automatisch kultiviert und ihr Wachstum kontrolliert werden.
(Bild: Festo SE & Co. KG)

Algenzellen wandeln mittels Photosynthese in ihren Chloroplasten Sonnenlicht, Kohlendioxid (CO₂) und Wasser in Sauerstoff und chemische Energieträger bzw. organische Wertstoffe um. Algen können mit Automatisierungstechnik von Festo unter anderem durch optimale Begasung und Durchmischung einhundert Mal mehr Kohlendioxid binden als Landpflanzen wie Bäume oder Mais.

Als Produkte ihrer Stoffwechselvorgänge produzieren die Algen Fettsäuren, Farbpigmente und Tenside. Diese dienen als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Medikamenten, Lebensmitteln, Kunststoffen oder Kosmetika. Die Forscher aus dem Bionic Learning Network haben sich auf die Kultivierung der Blaualge Synechocystis fokussiert. Sie produziert Farbpigmente, Omega-3-Fettsäuren und Polyhydroxybuttersäure (PHB). Dieses gewonnene PHB lässt sich durch den Zusatz weiterer Stoffe unter anderem im 3D-Druck verarbeiten.

Eine große Herausforderung bei Bioreaktoren ist, die Menge der Biomasse genau zu bestimmen. Hierfür setzt Festo auf einen Quantentechnologie-Sensor des Start-ups Q.ANT. Dieser gibt präzise und in Echtzeit Auskunft über das Wachstum der Organismen. Die Algen werden ihm dafür automatisiert und kontinuierlich durch spezielle mikrofluidische Komponenten von Festo, beispielsweise Pumpen zur präzisen Steuerung kleinster Flüssigkeitsmengen, zugeleitet. Der Quantensensor ist in der Lage, einzelne Zellen optisch zu analysieren, sodass die Menge der Biomasse exakt ermittelt werden kann. Zusätzlich untersucht er die Zellen mithilfe von künstlicher Intelligenz (KI) auf ihre Vitalität. Dadurch ist es möglich, vorrausschauend auf Prozessereignisse zu reagieren und regelnd einzugreifen.

Die Forscher haben eine eigene Software entwickelt. Ihr Dashboard bildet mehrere Photobioreaktoren mit aktueller Datenlage und Live-Aufnahmen ab. So lassen sich rund um die Uhr auch aus der Ferne manuelle Parameteränderungen und die entsprechenden Auswertungen vornehmen. Zur Auswertung der Daten setzen die Entwickler auch KI-Methoden ein.

Achema: Halle 8.0, Stand C38

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