Biomasse im Industriemassstab erzeugen Automatisierte Kultivierung von Algen

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Auf der Hannover Messe 2023 präsentierte Festo die BionicCellFactory zur industriellen Kultivierung von Biomasse, das reicht von der optimierten Kultivierung der Algen mit dauerhafter Überwachung und Analyse über die Ernte bis hin zur Weiterverarbeitung und Veredelung verschiedener Bestandteile.

Klima- und Ressourcenschutz sind zwei der grossen Herausforderungen unserer Zeit. Seit geraumer Zeit beschäftigt sich Festo mit der Frage, wie der Atmosphäre CO₂ entzogen und dabei aktiv zum Klimaschutz beigetragen werden kann. Hinzu kommen Fragestellungen wie Materialverbrauch verringert und mehr Stoffe wiederverwertet und zugleich alternative Rohstoffe erschlossen werden können. Dabei betrachtet Festo die Bioökonomie als Wirtschaftssystem der Zukunft. Einen Beitrag kann die Kultivierung von Biomasse im grossen Stil leisten – und möglich machen soll es Automatisierungstechnik.

Die Zelle als Fabrik

Lebende Zellen sind die kleinsten Fabriken der Welt. Mittels Photosynthese wandeln Algenzellen in ihren Chloroplasten Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser in Sauerstoff und chemische Energieträger bzw. organische Wertstoffe um.

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«Wir übertragen unser Know-how der Automatisierungstechnik auf biologische Prozesse. Auch hier ist die Natur unser grosses Vorbild. Sie lehrt uns Ressourceneffizienz, da sie keine Verschwendung und keinen Abfall kennt. Im Zusammenspiel biologischer und technischer Prozesse skalieren und beschleunigen wir Lösungsansätze aus dem Laborformat und bringen diese zur industriellen Anwendung», erklärt Dr. Elias Knubben, Vice President Corporate Research and Innovation.

Optimierte Wachstumsbedingungen durch Automatisierung

Mit unserer Automatisierungstechnik lässt sich die Biomasse im geschlossenen Kreislauf hocheffizient, ressourcenschonend und im grossen Massstab kultivieren. Alles, was wir gegenwärtig unter immensem CO₂-Ausstoss aus Erdöl herstellen, können wir auch nachhaltig aus Algen gewinnen. Sie sind kleine Klimaretter, da sie zehnmal mehr CO2 binden als Landpflanzen.

Durch ihre automatisierte Kultivierung in Bioreaktoren lässt sich dieser Wert nochmals um den Faktor zehn steigern. Die gewonnene Biomasse kann in der Chemie-, Lebensmittel- oder Pharmaindustrie eingesetzt werden.

Ganzheitlicher Prozess bis hin zur Ernte und Veredelung

Mit dem Projekt PhotoBionicCell hat Festo 2022 seinen ersten Bioreaktor zur automatisierten Kultivierung von Algen vorgestellt. In diesem Jahr geht das interdisziplinäre Bionik-Team noch weiter. Es zeigt mit der BionicCellFactory einen ganzheitlichen Bioprozess – von der optimierten Kultivierung der Algen im grossen Massstab mit dauerhafter Überwachung und Analyse über die Ernte bis hin zur Weiterverarbeitung und Veredelung verschiedener Bestandteile. Im Gegensatz zu chemischen Prozessen ganz ohne hohe Temperaturen, hohe Drücke und Giftstoffe.

Produktionssysteme der Zukunft

Die BionicCellFactory als Modellfabrik ist die universelle Blaupause für ganzheitliche Produktionssysteme der Zukunft. Mithilfe der Automatisierungstechnik von Festo lässt sie sich beliebig gross skalieren. Um den zukünftigen Bedarf an nachwachsenden Rohstoffen zu decken, braucht es Bioreaktoren mit einem Fassungsvermögen von mehreren tausend Litern. Damit die Anlagen zuverlässig die gewünschten Grössenordnungen von Biomasse produzieren können, ist Expertise in Prozessautomation gefragt.

Portfolio für die biologische Transformation

Festo entwickelt mit seinen Kunden intelligente Schaltschranklösungen für Bioreaktoren und baut sein Portfolio weiter aus. In der Prozesssteuerung sorgt der Automatisierungsspezialist für eine stabile und präzise Prozessführung mit höchster Produktivität. Dazu zählen optimierte Begasungs- und Fütterungsstrategien, Regelalgorithmen, Softsensoren zur Biomassebestimmung in Echtzeit sowie Systemkonzepte für biobasierte Produktionsprozesse.

Ausserdem wird Festo Anlagenbetreiber mit Diagnose, Wartung und Steuerung aus der Ferne über die Cloud unterstützen. Wenn in Zukunft weltweit eine Vielzahl modularer Produktionseinheiten zur Rohstoffgewinnung und zur Kohlenstofffixierung aufgebaut und betrieben werden, sind robuste Wertschöpfungsprozesse und eine einfache Bedienung der Anlagenmodule wichtig.

Neue Berufsfelder für neue Technologien

Hochqualifiziertes technisches Personal und Biotechnologen sind aber nicht überall verfügbar. Hierfür analysiert Festo Didactic bereits den neuen Wissensbedarf, um interdisziplinäre Verknüpfungen zu definieren und innovative Ausbildungsberufe, Studiengänge sowie Zusatzqualifikationen in den Bereichen Biomechatronik, Biointelligenz und Nachhaltigkeit zu etablieren.

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