Algenzucht in Kunststoffrohren

Photobioreaktoren als Rohstoffquelle der Zukunft

Nahrungsergänzung, Medizin, Pharmazie, Kosmetik, Treibstoff oder CO2-Fixierung: Die Zucht von Mikroalgen bietet viele interessante Möglichkeiten. Forscher vermuten sogar, dass zentrale Probleme der Zukunft mit Algen zu lösen sind. Eine Herausforderung dabei ist die Kultivierung der Organismen. Wie lässt sich diese Aufgabe meistern?

Kunststoffrohre als Photobioreaktoren bieten hierfür die besten Voraussetzungen. Wir stellen PMMA-Rohre in diversen Abmessungen und Durchmessern für diesen Zweck her. Informieren Sie sich hier über die Anwendung und die Produktvorteile oder nehmen Sie direkt Kontakt zu uns auf und erhalten Sie eine persönliche Beratung.

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Photobioreaktoren für die Algenzucht

Algen benötigen für ihr Wachstum Licht und Nährstoffe, insbesondere CO2, was ihnen als Kohlenstoffquelle dient. Als Wasserorganismen brauchen sie zudem je nach Art Salz- oder Süßwasser als Lebensumgebung.

Daraus leiten sich hohe Anforderungen an die Algenzucht ab. Insbesondere ist die Kultivierung in offenen Gewässern aus verschiedenen Gründen oft nicht sinnvoll. Zum einen sind die Organismen anfällig für Störungen wie pH-Wert-Änderungen, zum anderen ist die Verunreinigung des offenen Gewässers ein großes Problem. Künstliche Algenfarmen, die als Bioreaktoren bezeichnet werden, haben sich als deutlich effektiver erwiesen. In wassergefüllten Rohren wachsen die Mikroorganismen nahezu unter Idealbedingungen. Faktoren wie die CO2-Sättigung des Wassers, Nährstoffe, Temperatur und Salzgehalt lassen sich präzise einstellen.

Hinzu kommt, dass die Rohre im Verhältnis zum Volumen eine sehr viel größere Oberfläche bieten als Seen oder Teiche. Das ist ein entscheidender Vorteil, denn über die Oberfläche gelangt Licht zu den Algen. Dadurch sind sie in der Lage, Photosynthese zu betreiben, also CO2 und Wasser zu Sauerstoff und Biomasse umzuwandeln.

Kunststoffrohre liefern zahlreiche Vorteile

Im Detail stellt sich als Nächstes die Frage, wie Photobioreaktoren dimensioniert und hergestellt werden. Ein Ansatz verwendet Glasrohre, da das Material hohe Transmissionswerte besitzt und einfach zu reinigen ist. Allerdings sind Glasrohre für die Algenzucht mit verschiedenen Nachteilen verbunden. Das Material ist sehr schwer, teuer und bruchgefährdet. Eine wesentlich bessere Lösung sind Kunststoffrohre aus PMMA.

Der Kunststoff PMMA ist auch als Acrylglas bekannt, was bereits auf seine Eigenschaften hindeutet. Der thermoplastische Kunststoff ist 1,9-Mal leichtgewichtiger als Glas. Zudem ist PMMA aus unserer Produktion hochgradig transparent (ca. 92 % Transmission), sodass ein Maximum an Licht für die Photosynthese zur Verfügung steht. Weitere wichtige Vorteile sind:

Lebensmitteltauglichkeit:

Gerade in der Produktion von hochwertigen Nahrungsmitteln ist Schadstofffreiheit wichtig. PMMA ist für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen, sodass sich die Photobioreaktoren zum Beispiel zur Gewinnung von Nahrungsergänzungsmitteln oder Präparaten mit Omega-3-Fettsäuren eignen.

Flexibilität:

Wir fertigen PMMA-Rohre in vielen Varianten mit Durchmessern von 30 bis 500 mm und einer Länge von 10 Metern und mehr.

Erfahrungsschatz:

Wir haben ein tiefes Know-how in der Fertigung von Kunststoffrohren aus PMMA. Gerne lassen wir dieses in die Produktion neuer Bauteile einfließen. Speziell für vertikale Algen-Bioreaktoren fertigen wir zum Beispiel Rohre mit zunehmender Wanddicke von oben nach unten, um den steigenden Druck im unteren Bereich auszugleichen.

Kosteneffizienz:

PMMA-Rohre für die Algenzucht sind im Vergleich zu Glas oft günstiger in der Anschaffung. Dadurch werden viele Anlagen wirtschaftlich, die sonst nicht realisierbar wären. Aus dem gleichen Grund amortisieren sich PMMA-Reaktoren wesentlich schneller, was bei Investoren ein entscheidender Pluspunkt ist.

Wartungsfreundlichkeit:

PMMA zeigt von sich aus eine hohe Resistenz gegen Biofouling, also die Besiedlung der Oberfläche mit Algen oder Ablagerungen, was den Wartungseinsatz verringert.

Robustheit:

PMMA überzeugt darüber hinaus mit einer großen Robustheit. Das Material kann von uns zusätzlich so abgestimmt werden, dass es eine noch größere Schlaghemmung aufweist

Algen sind eine vielseitige Rohstoffquelle

Die Forschung mit Algen begann schon vor einigen Jahrzehnten. Wissenschaftler sind fasziniert von der Wachstumsgeschwindigkeit der Wasserorganismen. Im Vergleich zu Pflanzen an Land können sie CO2 deutlich schneller fixieren und Biomasse daraus bilden. Das lässt sich unter anderem mit den konstanten Bedingungen im Wasser und der hohen Zellteilungsrate von Blaualgen und ähnlichen Mikroorganismen erklären.

Das ist nicht der einzige Vorteil, den Algen bieten. Da sehr viele verschiedene Arten bekannt sind, die sich in Photobioreaktoren nutzen lassen, sind die Anwendungsmöglichkeiten vielfältig. Algen dienen unter anderem als:

Rohstoffquelle für Nahrungsergänzungsmittel
Biomasseträger
Bestandteil von kosmetischen und medizinischen Produkten
Absorber von CO2

Beispielhaft sollen zwei interessante großtechnische Anwendungen genauer betrachtet werden: Algen als CO2-Speicher und für die Produktion von Nahrungsergänzungsmitteln.

Algen für die Produktion von Omega-3-Fettsäuren und anderen Nährstoffen
Omega-3-Fettsäuren gehören zu den essentiellen Fettsäuren. Das heißt, sie sind lebenswichtig und können (zum Teil) nicht vom Körper selbst hergestellt werden. Eine hochwertige Quelle für diese Fettsäuren in der Ernährung ist Fisch.

Interessant ist, dass Fische wiederum diese Fettsäuren ebenfalls nicht selbst produzieren können, sondern aus Algen aufnehmen. Das hat zu der Idee geführt, diesen hochwertigen Nährstoff direkt aus Mikroalgen wie Spirulina, Chlorella, Dunaliella, Ulkenia oder Schizochytrium zu gewinnen. Mit Erfolg: Heute gibt es verschiedene Präparate, die im Handel zum Beispiel als Algenöl oder als Omega-3 Tabletten angeboten werden. Sie eignen sich zur Nahrungsergänzung und finden zunehmend Absatz.

Mit der Mikroalgenzucht sind außerdem weitere Nahrungsergänzungsmittel zugänglich, zum Beispiel für die Versorgung mit Vitamin B12 oder Iod. Grundsätzlich erweist es sich hier als vorteilhaft, die Algen in Photobioreaktoren zu kultivieren, um das Wachstum bestmöglich unterstützen und überwachen zu können und eine wiederholbare hohe Qualität zu gewährleisten.

Algen als CO2-Speicher

Eine andere spannende Eigenschaft von Algen ist ihr Vermögen, große Mengen CO2 zu fixieren. Der Aufbau einer entsprechenden Anlage ist relativ einfach: Abgase, zum Beispiel von einem Kraftwerk, werden durch einen Röhrenreaktor mit Algensuspension geleitet. Die Organismen nehmen CO2 auf und wandeln diesen in Biomasse um. Dabei wird Sauerstoff freigesetzt.

Dieser Prozess kann mit verschiedenen Zielsetzungen betrieben werden. Wenn die Biomasse getrocknet und deponiert wird, kann CO2 dauerhaft gebunden werden. Dadurch lässt sich der Gehalt von CO2 in der Luft reduzieren.

Häufiger wird die Biomasse jedoch selbst als Rohstoff genutzt, etwa für Bio-Treibstoff. Der wird zwar bei der Verbrennung wieder in CO2 umgewandelt, im Gegensatz zur Nutzung fossiler Energieträger ist die CO2-Bilanz hierbei jedoch neutral: Es gelangt kein weiteres klimaschädliches Gas in die Atmosphäre.

ATHEX stellt seit über 20 Jahren hochwertige Kunststoffrohe her

Wir sind Hersteller von PMMA-Produkten mit langjähriger Erfahrung. Pro Jahr verlassen über 100.000 Meter Rohre die Produktion. Diese sind oftmals hochgradig für bestimmte Anwendungen spezialisiert, etwa durch antibakterielle Beschichtungen oder für LED-Leuchten optimierte Materialien. Auch speziell für den Einsatz in Algen-Bioreaktoren stehen PMMA-Rohre zur Verfügung. Diese eignen sich für unterschiedliche Reaktor-Architekturen.

Die wohl bekannteste Bauform ist der vertikale Röhrenreaktor. Diese Technik ist gut erforscht und eignet sich für kleine wie für großtechnische Anlagen. Ein entscheidender Vorteil ist, dass auf geringer Fläche viel Biomasse produziert werden kann.

Zudem sind die vertikalen Reaktoren in sich geschlossene Systeme. Das Wasser kann nicht verdunsten, wodurch auch eine Aufstellung in trockenen Gebieten bis hin zur Wüste denkbar ist.

Besonders spannend ist, dass Algenreaktoren aktuell in vielen verschiedenen Größen erprobt werden. Die Dimensionierung ergibt sich jeweils aus den spezifischen Anforderungen an die Technik. Kleine Reaktoren werden eingesetzt, um die Luft in Gebäuden zu verbessern oder im Mikro-Maßstab Forschung zu betreiben. Große Algenreaktoren dienen der Produktion von Nährstoffen wie Omega-3-Fettsäuren. Die größten Aggregate werden aktuell genutzt, um CO2 mit hoher Effizienz zu binden.

ATHEX liefert Rohre mit Durchmessern von 30 bis 500 Millimetern. Damit eignen sich die PMMA-Rohre aus unserer Produktion für ganz unterschiedliche Reaktoren.

Erfahrung im Bereich Bioreaktorbau

Rohre sind unser tägliches Geschäft, der Aufbau von Bioreaktoren für die Mikroalgenzucht gehört zu den Schwerpunkten unseres Unternehmens. Gemeinsam mit Partnern haben wir eine Vielzahl von Anlagen realisiert, die heute wertvolle Rohstoffe liefern.

Im Laufe der Zeit haben wir einen großen Schatz an Erfahrungen gesammelt, die den Einsatz von PMMA-Kunststoffrohren für Algenreaktoren betreffen. Gerne lassen wir dieses Know-how in die Planung und Realisierung Ihres Projekts einfließen.

Zudem sind wir werksseitig in der Lage, Rohre individuell zu konfektionieren. Das kann gerade bei der Dimensionierung von vertikalen Röhrenreaktoren ein entscheidender Vorteil sein. Speziell für diesen Einsatz haben wir unsere Technik zum Beispiel dahingehend verfeinert, die Wandstärken entlang des Rohres zu variieren, woraus sich durch die Materialeinsparung Kostenvorteile ergeben.

Melden Sie sich jederzeit bei uns, wenn Sie den Bau eines Photobioreaktors planen. Wir freuen uns Sie bei der Umsetzung zu unterstützen.

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