Simulation der Strahlungsbedingungen in horizontalen tubulären Photobioreaktoren

Licht stellt die einzige Energiequelle für das Wachstum photoautotroper Mikroorganismen dar. Eine wesentliche Herausforderung der Mikroalgenproduktion ist die effiziente Ausnutzung der Lichtenergie in Photobioreaktorsystemen. Zahlreiche physikalische Effekte (u.a. Lichtstreuung, Absorption) beeinflussen die Effizienz der Lichtnutzung in Photobioreaktoren und sind abhängig vom Material und der zellulären Eigenschaften der Mikroalgen.

MINT Reaktor — Tubulärer Photobioreaktor von MINT Engineering

In mehreren Studien wurden physikalische und mathematische Modelle zur Simulation der Lichtbedingungen für die Analyse, Simulation, Design, Scale-up und Optimierung von PBRs vorgeschlagen. Ein für verschiedene geometrische Systeme gültiger Ansatz ist die Lösung Strahlungstransfergleichung/radiative transfer equation (RTE), die für das zu untersuchende System die räumliche und gerichtete Verteilung der

Strahlungsintensitäten angibt. Eine mögliche Lösung der RTE ist die Nutzung der Monte-Carlo-Methode (MC). Dieses Verfahren simuliert das vorliegende Strahlungsfeld, indem es Photonen Schritt für Schritt entlang ihrer jeweiligen Wege (Material, Algensuspension) verfolgt. In jedem dieser elementaren Schritte wird dem Ereignis eine Wahrscheinlichkeit zugeordnet, dass das Photon absorbiert (d.h. aus dem Strahlungsfeld entfernt), verteilt (d.h. aus seiner vorherigen Bewegungsrichtung abgelenkt) oder durch die Reaktorwände verloren geht.

Strahlungsverteilung im inneren des Rohres.

In dieser Studie passen wir die MC-Simulation an horizontale Rohr-Photobioreaktoren mit verschiedenen künstlichen und natürlichen Lichtquellen an (Abb.1). In Kombination mit Kultivierungsdaten von Outdoor- und Indoor-PBRs zielt dies auf die Etablierung eines prädiktiven Prozesswerkzeugs für Kultivierungen unter variierenden Prozessrandbedingungen.

Projektfinanzierung:

Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)

Deutsch Argentinischers Hochschulzentrum (cuaa-dahz)

Das CUAA-DHAZ ist ein Programm des DAAD mit dem Ziel, die Zusammenarbeit zwischen Hochschulen in ganz Deutschland und Argentinien zu stärken. Die an diesem binationalen Vorschlag beteiligten Doktoranden absolvieren ihr Studium in beiden Ländern, was die Möglichkeit bietet, gemischte Perspektiven zur Lösung verschiedener Arten von Problemen zu entwickeln.