Wissenschaftler der TU Dresden und des Fraunhofer COMEDD zeigen auf der IDW 2013 erstmals einen Bioreaktor zur Kultivierung von Mikroalgen mittels Beleuchtung durch organische Leuchtdioden (OLED)
Welcher Wissenschaftler träumt nicht davon, Abfallstoffe sinnvoll nutzbar zu machen? Einer dieser überflüssigen Abfälle ist Kohlenstoffdioxid. Warum also nicht den Klimakiller Kohlenstoffdioxid nutzen, um daraus hochwertige Produkte herzustellen? Der dafür benötigte Prozess ist einer der ältesten und effektivsten in der Geschichte unseres Planeten: die Photosynthese.
Wissenschaftler der TU Dresden und des Fraunhofer COMEDD entwickeln in einem vom Sächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) geförderten, weltweit einzigartigen Pilotprojekt Bioreaktoren zur Kultivierung von Mikroalgen unter Verwendung von organischen Leuchtdioden.
Dr. Karsten Fehse, Projektleiter am Fraunhofer COMEDD freut sich: „Mit Hilfe der OLEDBeleuchtung, Salzen und Wasser wird Kohlenstoffdioxid durch Mikroalgen gebunden und in eine Vielzahl hochwertiger Produkte, u.a. Proteine, Farbstoffe oder kosmetische bzw. pharmazeutische Wirkstoffe umgewandelt.“
Die Wissenschaftler des Instituts für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der TU Dresden und des Fraunhofer COMEDD arbeiten daran, diesen vielseitigen Prozess effektiver zu gestalten, indem den Mikroalgen die Lichtenergie durch organische Halbleiter, so genannten organischen Leuchtdioden (OLED), bereitgestellt wird. Diese innovativen Flächenlichtquellen (Abb.1) können in nahezu beliebiger Form hergestellt werden und zeichnen sich durch ihr flaches Design aus (weniger als 200 nm dick). Damit können sie in verschiedenste Substrate wie bspw. Glas, Metall oder Folien integriert werden und eröffnen somit den Bioverfahrenstechnikern der TU Dresden die Möglichkeit über die bisherigen geometrischen Grenzen hinaus neuartige Reaktormodelle zu realisieren.
Im laufenden Projekt wird ein Reaktorsystem entwickelt, dass OLED-Technologie und Bioverfahrenstechnik mittels phototropher Mikroorgansimen vereint und somit den Grundstein für neue innovative Algenreaktoren legt. Denn dabei handelt es sich nicht um große Kessel aus Edelstahl, sondern um miniaturisierten Kunststoff-Photobioreaktoren im Zigarettenschachtelformat (Abb. 3). Die kleinen Allrounder liefern Information über verfahrenstechnische Prozessparameter, den physiologischen Zustand der Algenzellen und die Bildung der Zielprodukte – und das alles mittels optischer Messtechnik. Durch die umfangreichen Prozessinformationen hilft diese neue Technologie biotechnologische Prozesse mittels phototropher Organismen schnell und ressourcenschonend zu optimieren.
Felix Krujatz, Wissenschaftler am Instituts für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der TU Dresden, fasst zusammen: „Wir erhoffen uns durch diese nächste Generation der Reaktortechnologie einen tieferen Einblick und neue Erkenntnisse über das Verhalten von Mikroalgen in biotechnologischen Produktionsprozessen.“
Das Verbundvorhaben wird durch das Sächsische Ministerium für Wissenschaft und Kunst unter dem Förderkennzeichen 4-7531.60/29/16 mit 670.000 Euro gefördert und läuft zwanzig Monate. Die Projektpartner danken dem SMWK für die Förderung des Vorhabens.
Über das Institut für Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik der TU Dresden:
Die Bioverfahrenstechnik versteht sich als Brücke zwischen molekularbiologischer und mikrobiologischer Grundlagenforschung und der Realisierung biotechnischer Stoffumwandlungen im industriellen Maßstab. Die Nutzung von Naturstoffen (Weiße Biotechnologie) steht im Zentrum des Interesses. Mit Methoden zum schnellen Biomonitoring (Flow Cytometry, Magnetseparation in Kombination mit bildgebenden Verfahren, Biosensoren) werden zeitnah Informationen aus Zellfabriken gewonnen, auf deren Grundlage Stoffwechsel- und Prozessmodelle zur Beschreibung und Vorhersage biotechnischer Prozesse und damit zur Maßstabsübertragung genutzt werden können. Die Kultivierung von Pflanzenzellen, Cyanobakterien und Mikroalgen (heterotroph/phototroph/photomixotroph) in verschiedenen innovativen Bioreaktorsystemen ist dabei ein Forschungsschwerpunkt des ILB.
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