LED-Bioreaktor simuliert Sonnenlicht Algen für den Tank

Nahaufnahme des LED-Bioreaktors
Nahaufnahme des LED-Bioreaktors

Wissenschaftler der TU München haben zusammen mit dem LED-Hersteller FUTURELED eine Methodik entwickelt, mit der sie verschiedenste Lichtsituationen simulieren können. Damit ließe sich z.B. die Produktivität von Algen untersuchen, um diese als ressourcenschonenden Treibstoff züchten zu können.

50.000 Algen- und Cyanobakterienarten gibt es, so schätzen Wissenschaftler. Rund 5000 davon sind bisher bekannt, doch nur zehn Arten haben es bisher bis zu einer kommerziellen Nutzung gebracht. Aber weil sie so anspruchslos sind und selbst in Salzwasser in Becken auf unfruchtbaren Böden gedeihen, könnten sie die Probleme lösen helfen, die die energetische Nutzung von Nahrungspflanzen aufwirft.

Doch sie brauchen Sonnenlicht, um zu wachsen. Im Labor ist dieses jedoch gar nicht so leicht herzustellen. Hier setzen die Forscher von FUTURELED und der TU München an: Sie haben eine weltweit einmalige Kombination von Licht- und Klimasimulation zur Optimierung der Algenzucht entwickelt, bei dem sie mit lichtfarbenabgestimmten LEDs das Sonnenlichtspektrum simulieren können.

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Bioreaktor simuliert Sonnenlicht für die Algenzucht

Bioreaktor simuliert Sonnenlicht für die Algenzucht

Präzise Simulation – belastbare Voraussagen

»Niemand kann voraussagen, ob eine Alge aus der Südsee unter den Lichtbedingungen in Deutschland genauso produktiv ist wie in ihrer Heimat«, erklärt Professor Dr. Thomas Brück, Leiter des Fachgebiets Industrielle Biokatalyse der TU München. »Genauso wenig weiß man, ob hier erfolgreiche Kandidaten unter den Lichtbedingungen der Sahara noch genauso erfolgreich wären. All dies können wir jetzt in unserem Labor testen.«

Unerreichte Performance

Die hoch effizienten LEDs liefern Licht im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 800 Nanometern mit einer Strahlungsleistung von bis zu 1000 Watt pro Quadratmeter und einer dem Sonnenlicht sehr nahekommenden Intensitätsverteilung. Da die verschiedenen LED-Typen einzeln ansteuerbar sind, können die Wissenschaftler individuelle Spektren einstellen.

Weder mit Glühlampen noch mit Leuchtstoffröhren wäre eine solche Anlage realisierbar gewesen. Glühlampen produzieren zu viel Wärme, und mit Leuchtstoffröhren ließe sich nicht das gesamte Spektrum des Sonnenlichts in der gewünschten Intensität erzeugen. Bei beiden Varianten wäre eine Ansteuerung einzelner Wellenlängen unmöglich.

Die spektrale Bandbreite der LEDs wurde darüber hinaus speziell auf molekulare Schalter von Algen abgestimmt, die für die Steuerung des Pflanzenwachstums wesentlich sind. Werden diese Anteile des Spektrums nicht korrekt reproduziert, kann dies die Ergebnisse erheblich verfälschen.

Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft

Eingebettet ist das Projekt in die Aktivitäten des Fachgebiets für Industrielle Biokatalyse im Rahmen des Forschungsprojekts Algenflugkraft. Weitere Partner des Projekts sind die Lehrstühle für Technische Chemie II (katalytische Konversion der Biomasse) und für Bioverfahrenstechnik (technische Skalierung der Kultivierung) der TUM, die Clariant AG (Algenaufarbeitung, Fettseparation) und die conys GmbH (Wasserstoff- / Biogasproduktion). Derzeit entsteht südlich von München, auf dem Ludwig Bölkow Campus (LBC) in Ottobrunn, ein Technikum zur Erforschung der Algenkultur in großem Maßstab. Der Freistaat Bayern und die Airbus Group fördern das Projekt mit 12 Millionen Euro.