ALGAE-MODULE 4.0 – Ergebnisse

Das abgeschlossene Projekt „ALGAE-MODULE 4.0“ zielte auf die Entwicklung modularer Produktionseinheiten zur Kultivierung von Mikroalgen mit definierten Produkteigenschaften für regionale Wertschöpfungsketten ab. Im Fokus stand die Kombination aus gezielter Lichtsteuerung, automatisiertem Monitoring, kontinuierlicher Kultivierung sowie einer ressourceneffizienten Aufarbeitung der Biomasse.

Ein zentrales Ergebnis war die Etablierung eines Screening-Setups, mit dem die Effekte verschiedener Lichtspektren auf das Algenwachstum und die Wertstoffbildung analysiert werden konnten. Dabei zeigte sich, dass Breitbandlicht das Biomassewachstum um bis zu 30 % steigern kann, während grüne und blaue Lichtanteile gezielt die Produktion von Primär- und Sekundärmetaboliten fördern. Eine zweiphasige Kultivierungsstrategie erwies sich daher als besonders effektiv.

Zur prozessbegleitenden Analytik wurden verschiedene Sensorlösungen entwickelt, die eine schnelle und präzise Online-Bestimmung der Biomassekonzentration sowie ihrer qualitativen Zusammensetzung ermöglichen. Mithilfe der NIR-Analyse konnte die Bestimmung wichtiger Inhaltsstoffe (Proteine, Fette, Kohlenhydrate, Mineralstoffe, Wasser) in nur fünf Minuten erfolgen – im Vergleich zu bisherigen nasschemischen Verfahren eine erhebliche Reduktion des Zeit- und Arbeitsaufwands.

Auch die Prozessführung wurde weiterentwickelt: Durch kontinuierliche Kultivierung ließ sich die Raum-Zeit-Ausbeute im Vergleich zur klassischen Satzkultur um bis zu 30 % steigern – bei gleichzeitig verbesserter Prozessstabilität und gleichbleibender Produktqualität.

Im Demonstrator-Maßstab (200 L) konnten alle Teilkomponenten erfolgreich zusammengeführt werden. Eine spektral dimmbare, wassergekühlte LED-Lichtlösung ermöglichte eine gezielte Anpassung der Lichtverhältnisse an die Prozessphasen und führte zu einer fünffach gesteigerten Biomasseproduktivität im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik.

Für die Fraktionierung der Frischbiomasse wurden verschiedene Extraktionsverfahren getestet. Besonders vielversprechend war der nicht-disruptive Zellaufschluss mittels gepulster elektrischer Felder (PEF), der gegenüber Ultraschall eine höhere Extraktreinheit für Spirulina-Biomasse ermöglichte. Die Fraktionierung mit klassischen Lösungsmitteln in Kombination mit Makroemulsionen stellte sich zudem als praxistauglich für mögliche Skalierungsschritte heraus. Eine abschließende Nassextrusion zeigte die Eignung der Biomasse auch für lebensmitteltechnologische Anwendungen.