Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB)
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart

2219NR375

01.07.2020

Die Algenproduktion wurde hinsichtlich des Einsatzes einer LED-Beleuchtung optimiert. Mit zweiseitiger Beleuchtung konnte bei gleichem Energiebedarf im Vergleich zu einseitiger Beleuchtung die Biomasseproduktivität verdoppelt werden, bei höherer Effizienz der Konversion der Lichtmenge in Biomasse (Lichtausbeute). Daraus ergibt sich ein optimales Prozessfenster für den Stamm Phaeodactylum tricornutum. Die Lichtausbeute ist ein wichtiger Kostenfaktor, der berücksichtigt werden muss, der den zu erwartenden Strombedarf widerspiegelt. Ein bereits entwickeltes Automatisierungskonzept wurde um mehrere Sensorkomponenten erweitert und auf den zu errichtenden Demonstrator übertragen. Damit kann die Lichtintensität auf der Reaktoroberfläche eingestellt werden, mit dem Ergebnis einer konstanten Lichtverfügbarkeit, die die Biomasseproduktivität und Lichtausbeute (g BTM/mol Photonen) bestimmt. Aber auch Fütterungszyklen und Erntevorgänge können über eine OD-Sonde automatisch ausgelöst werden. Über die Etablierung einer Abgas-Rückführung konnte der CO2-Bedarf, der ein Kostenfaktor ist, um >90% reduziert werden. Der Demonstrator wurde aufgebaut und im Demolauf überprüft und weitere Optimierungsschritte identifiziert. Im Berichtszeitraum wurden ausreichend Phaeodactylum-Biomasse geliefert, so dass das ttz Bremerhaven die Vorversuche zur Produktformulierung durchführen konnte. Für den analytischen Nachweis der Bioverfügbarkeit von Astaxanthin in Futtermittelpellets wurde eine Analysenmethode entwickelt, die zwischen nicht-aufgeschlossener und aufgeschlossener Haematococcus- Biomasse differenziert. Für die Futtermittelherstellung über Extrusion wurde die Bioverfügbarkeit von Astaxanthin über diesen analytischen Nachweis erbracht.

Die Nutzung von Mikroalgen in der Herstellung von Futtermitteln insbesondere in der Aquakultur erfordert eine ressourceneffiziente und kosteneffiziente Produktionsweise. Im Projekt Power2Feed wurde eine Kostenreduktion der Algenproduktion durch die Implementierung mehrerer Maßnahmen erfolgreich umgesetzt. Das Fraunhofer IGB hat in geschlossenen Photobioreaktoren die Kultivierungsparameter optimiert am Beispiel der in der Aquakultur interessanten Algenproduktion von Phaeodactylum tricornutum, die zu einer deutlichen Steigerung der Produktivität und einer Reduktion der Kosten führen. Hauptparameter ist die Beleuchtung mit energieeffizienten LEDs. Eine Optimierung der einzusetzenden LEDs hinsichtlich Energieeffizienz (Konversion von Strom in Licht) und Wirkung der Lichtintensität auf die Produktivität und vor allem auf die Lichtausbeute (Konversion von Licht in Biomasse/Produkt) wurde untersucht. Über den Einsatz entsprechender Sensortechnologie können nicht nur die Umweltbedingungen in Photobioreaktoren kontrolliert werden, sondern sind auch ein Schritt in Richtung kostenreduzierende Automatisierung. Die Fähigkeit das Reaktorkonzept entsprechend zu skalieren, ermöglicht erst eine kostengünstige Massenproduktion von Mikroalgen und ihren Inhaltsstoffen. Mit Hilfe der Automatisierung von Prozessen wie Nährstoffzufuhr, Ernte und Reinigung ermöglicht eine effiziente und arbeitsaufwandsarme Produktion von Mikroalgen und damit Kostenreduktion. Eine weitere Kostenreduktion wurde durch eine effiziente Aufarbeitung und Futtermittelproduktion mittels Extrusionsprozess erzielt, um Astaxanthin-haltige Algenbiomasse in Fischfutter mit hoher Bioverfügbarkeit der Aquakultur bereit zu stellen.