Mikroalgen verbinden hohe Proteingehalte mit effizienter Kultivierung und eröffnen neue Möglichkeiten für nachhaltige Lebensmittel- und Futtermittelanwendungen. Entscheidend auf dem Weg vom Mikroorganismus zum leistungsfähigen Produktionsprozess ist eine präzise kontrollierte Kultivierung – mit stabilen Bedingungen und einer zuverlässigen Gasversorgung im Photobioreaktor oder Fermenter.
Mikroalgen bieten ein grosses Potenzial als nachhaltige Proteinquelle für Lebensmittel und Futtermittel. Besonders proteinreiche Arten wie Chlorella sowie die häufig zu den Mikroalgen gezählte Spirulina können einen sehr hohen Proteinanteil erreichen. Je nach Art und Kultivierungsbedingungen sind Werte von bis zu rund 70 % der Trockenmasse möglich. Zudem enthalten sie alle essenziellen Aminosäuren.
Damit aus diesem biologischen Potenzial möglichst effizient proteinreiche Biomasse entsteht, müssen die Wachstumsbedingungen genau kontrolliert werden. Neben Licht, Temperatur und pH-Wert spielt dabei die Gasversorgung eine zentrale Rolle.
In Photobioreaktoren werden Mikroalgen unter kontrollierten Bedingungen kultiviert. Mithilfe von Licht nutzen sie CO₂ als Kohlenstoffquelle und bauen daraus neue Biomasse auf. Wie gut dieser Prozess funktioniert, hängt unter anderem davon ab, wie viel CO₂ zur Verfügung steht und wie effizient es in die Kultur eingetragen wird. Studien zeigen, dass sowohl die CO₂-Konzentration im Zulauf als auch der Gasdurchfluss den Stoffübergang und damit die Biomasseproduktivität beeinflussen.
Die Gasführung erfüllt dabei mehrere Aufgaben: Sie versorgt die Kultur mit CO₂, unterstützt den Stoffaustausch und kann dazu beitragen, überschüssigen Sauerstoff aus dem Reaktor auszutragen. Für Forschung und Prozessentwicklung ist es deshalb wichtig, die Gasströme genau einzustellen und reproduzierbar zu halten.
Gerade in kleinen Photobioreaktoren und Laboranlagen können bereits Veränderungen der Gaszufuhr die Kultivierungsbedingungen beeinflussen. Für vergleichbare Versuchsergebnisse müssen CO₂- und Luftströme deshalb zuverlässig erfasst und geregelt werden.
Konventionelle volumetrische Durchflussanzeigen können zusätzlich von Druck und Temperatur beeinflusst werden. Thermische Massedurchflussmesser und Massedurchflussregler erfassen dagegen direkt den Massedurchfluss beziehungsweise einen auf Normbedingungen bezogenen Gasfluss und eignen sich daher besonders für Prozesse, bei denen reproduzierbare Gasdosierungen gefragt sind.
Das ist vor allem in der Forschung wichtig: Nur wenn die Prozessbedingungen von Versuch zu Versuch möglichst konstant bleiben, lassen sich Veränderungen bei Wachstum, Biomasseproduktion oder Proteingehalt sinnvoll beurteilen.
Präzise Gasregelung mit Vögtlin Instruments
Für die kontrollierte Gasversorgung bietet Vögtlin verschiedene Lösungen zur Messung und Regelung von CO₂, Luft und weiteren Prozessgasen.
Die red-y smart series eignet sich für die präzise Messung und automatische Regelung von Gasströmen. Die Geräte arbeiten mit MEMS-Sensortechnologie und bieten sowohl analoge als auch digitale Schnittstellen. Je nach Ausführung sind Genauigkeiten bis zu ±0,3 % vom Endwert plus ±0,5 % vom Messwert möglich.
Für mobile Messaufgaben oder Anwendungen, bei denen keine externe Stromversorgung zur Verfügung steht, bietet sich der red-y compact series an. Der batteriebetriebene Massedurchflussmesser ist unter anderem für CO₂ und O₂ verfügbar und kann optional mit einem manuellen Regelventil ausgestattet werden.
Für höhere Durchflüsse und Anwendungen, bei denen neben dem Durchfluss weitere Prozessgrössen erfasst werden sollen, steht die d·flux multi series als Massedurchflussmesser oder -regler zur Verfügung. Sie bietet moderne digitale Schnittstellen und Messbereiche bis 1.400 ln/min.
Bei der Mikroalgenkultivierung kommt es nicht allein darauf an, CO₂ bereitzustellen. Entscheidend ist, wie kontrolliert und reproduzierbar es dem Prozess zugeführt wird.
Präzise Massedurchflussmessung und -regelung schafft dafür die notwendige Grundlage. Forschende können definierte Kultivierungsbedingungen einstellen, Versuche besser miteinander vergleichen und den Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter gezielt untersuchen.
So wird aus einem biologischen Prozess ein kontrollierbarer Entwicklungsprozess – und aus Mikroalgen möglicherweise eine wichtige Proteinquelle für die Ernährung der Zukunft.
