Modellgestützte kontinuierliche Kultivierung des Cyanobakteriums Arthrospira platensis im technischen Maßstab

Photosynthese-aktive Mikroorganismen gehören zu den wichtigsten nachhaltigen Rohstoffquellen der Zukunft, da für den Biomasseaufbau die regenerative Energiequelle Licht und die anorganische Kohlenstoffquelle CO2 genutzt werden. Der hohe Protein- und Lipidgehalt sowie zahlreiche biologisch aktive zelluläre Komponenten machen diese Organismen für viele industrielle Bereiche interessant, u.a. die Nahrungsmittelindustrie (nachhaltige Versorgung der wachsenden Bevölkerung mit Proteinen) sowie die kosmetische und pharmazeutische Industrie. Die Biomassebildung ist dabei nicht auf Agrarflächen angewiesen, da geschlossene Photobioreaktoren (PBR), für die Anzucht verwendet werden.

Das Ziel des beantragten Technologietransfers ist die Etablierung einer kontinuierlichen Prozessführung über eine modellbasierte Regelung für die Kultivierung von Arthrospira platensis im Maßstab von 30 L und 200 L für Rohrreaktorsysteme des Unternehmens MINT Engineering GmbH (Abbildung 1). Durch die kontinuierliche Betriebsweise wird eine deutliche Effizienzsteigerung in der Produktivität und Prozessstabilität erwartet. Durch diese Umsetzung soll die Basis einer Skalierbarkeit auf großindustrielle Maßstäbe zur wirtschaftlichen industriellen Produktion von hochwertiger Biomasse aus Cyanobakterien gelegt werden. Das Prozessmodell wird in die unternehmenseigene Prozesssteuerung MINT.control integriert, um prädiktiver Steuerroutinen im Freiland zu realisieren. Dazu werden am Institut für Naturstofftechnik Untersuchungen zur Abhängigkeit der wesentlichen Wachstumsparameter von den Licht- und Temperaturbedingungen sowie eine hydrodynamische Charakterisierung der zur Verfügung gestellten MINT-Anlagen durchgeführt.