[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki18\/2020\/12\/31\/photobioreaktor-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki18\/2020\/12\/31\/photobioreaktor-wikipedia\/","headline":"Photobioreaktor – Wikipedia","name":"Photobioreaktor – Wikipedia","description":"EIN Photobioreaktor ((PBR) ist ein Bioreaktor, der eine Lichtquelle verwendet, um phototrophe Mikroorganismen zu kultivieren.[1] Diese Organismen nutzen die Photosynthese","datePublished":"2020-12-31","dateModified":"2020-12-31","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki18\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki18\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/b\/b1\/Bioreaktor_quer2.jpg\/220px-Bioreaktor_quer2.jpg","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/b\/b1\/Bioreaktor_quer2.jpg\/220px-Bioreaktor_quer2.jpg","height":"168","width":"220"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki18\/2020\/12\/31\/photobioreaktor-wikipedia\/","wordCount":3901,"articleBody":"EIN Photobioreaktor ((PBR) ist ein Bioreaktor, der eine Lichtquelle verwendet, um phototrophe Mikroorganismen zu kultivieren.[1]  Diese Organismen nutzen die Photosynthese zur Erzeugung von Biomasse aus Licht und Kohlendioxid und umfassen Pflanzen, Moose, Makroalgen, Mikroalgen, Cyanobakterien und Purpurbakterien.  In der k\u00fcnstlichen Umgebung eines Photobioreaktors werden bestimmte Bedingungen f\u00fcr die jeweilige Spezies sorgf\u00e4ltig kontrolliert.  Somit erm\u00f6glicht ein Photobioreaktor viel h\u00f6here Wachstumsraten und Reinheitsgrade als irgendwo in der Natur oder in natur\u00e4hnlichen Lebensr\u00e4umen.  Hypothetisch k\u00f6nnte phototrope Biomasse aus n\u00e4hrstoffreichem Abwasser und Rauchgas Kohlendioxid in einem Photobioreaktor gewonnen werden.      Table of ContentsOffene Systeme[edit]Geschlossene Systeme[edit]\u00dcberarbeitete Laborfermenter[edit]R\u00f6hrenf\u00f6rmige Photobioreaktoren[edit]Weihnachtsbaum Photobioreaktor[edit]Plattenphotobioreaktor[edit]Horizontaler Photobioreaktor[edit]Folienphotobioreaktor[edit]Por\u00f6ser Substrat-Bioreaktor[edit]Ausblick[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Offene Systeme[edit]Der erste Ansatz zur kontrollierten Produktion von phototrophen Organismen war ein nat\u00fcrlicher offener Teich oder ein k\u00fcnstlicher Laufbahnteich.  Dabei wird die Kultursuspension, die alle notwendigen N\u00e4hrstoffe und Kohlendioxid enth\u00e4lt, in einem Kreislauf herumgepumpt und \u00fcber die Fl\u00fcssigkeitsoberfl\u00e4che direkt vom Sonnenlicht beleuchtet.  Dieses Konstruktionsprinzip ist die einfachste Produktionsmethode f\u00fcr phototrophe Organismen.  Offene Systeme erreichen jedoch aufgrund ihrer Tiefe (bis zu 0,3 m) und der damit verbundenen reduzierten durchschnittlichen Lichtversorgung nur begrenzte Fl\u00e4chenproduktivit\u00e4tsraten.  Dar\u00fcber hinaus ist der Energieverbrauch relativ hoch, da gro\u00dfe Mengen Wasser mit geringer Produktkonzentration verarbeitet werden m\u00fcssen.  Freifl\u00e4chen sind in Gebieten mit dichter Bev\u00f6lkerung teuer, w\u00e4hrend Wasser in anderen Gebieten selten ist.  Der Einsatz offener Technologien verursacht hohe Wasserverluste durch Verdunstung in die Atmosph\u00e4re.Geschlossene Systeme[edit]Seit den 1950er Jahren wurden verschiedene Ans\u00e4tze durchgef\u00fchrt, um geschlossene Systeme zu entwickeln, die theoretisch h\u00f6here Zelldichten von phototrophen Organismen und damit einen geringeren Bedarf an zu pumpendem Wasser als offene Systeme bieten.  Dar\u00fcber hinaus werden durch geschlossene Konstruktionen systembedingte Wasserverluste vermieden und das Risiko einer Kontamination durch Landungswasserv\u00f6gel oder Staub minimiert.[2]    Alle modernen Photobioreaktoren haben versucht, ein Gleichgewicht zwischen einer d\u00fcnnen Schicht Kultursuspension, einer optimierten Lichtanwendung, einem geringen Energieverbrauch beim Pumpen, Investitionen und mikrobieller Reinheit herzustellen.  Es wurden viele verschiedene Systeme getestet, aber nur wenige Ans\u00e4tze konnten im industriellen Ma\u00dfstab funktionieren.[3]  \u00dcberarbeitete Laborfermenter[edit]Der einfachste Ansatz ist die Neugestaltung der bekannten Glasfermenter, die in vielen biotechnologischen Forschungs- und Produktionsanlagen weltweit auf dem neuesten Stand der Technik sind.  Der Moosreaktor zeigt beispielsweise ein Standardglasgef\u00e4\u00df, das extern mit Licht versorgt wird.  Die vorhandenen Kopfd\u00fcsen werden zur Sensorinstallation und zum Gasaustausch verwendet.[4]  Dieser Typ ist im Laborma\u00dfstab weit verbreitet, wurde jedoch aufgrund seiner begrenzten Gef\u00e4\u00dfgr\u00f6\u00dfe nie in gr\u00f6\u00dferem Ma\u00dfstab etabliert.R\u00f6hrenf\u00f6rmige Photobioreaktoren[edit]  R\u00f6hrenf\u00f6rmiger GlasphotobioreaktorDieser aus Glas- oder Kunststoffrohren hergestellte Photobioreaktortyp hat sich im Produktionsma\u00dfstab bew\u00e4hrt.  Die Rohre sind horizontal oder vertikal ausgerichtet und werden von einer zentralen Versorgungsanlage mit Pumpe, Sensoren, N\u00e4hrstoffen und CO versorgt2.  R\u00f6hrenf\u00f6rmige Photobioreaktoren werden weltweit vom Labor bis zum Produktionsma\u00dfstab etabliert, z. B. zur Herstellung des Carotinoids Astaxanthin aus den Gr\u00fcnalgen Haematococcus pluvialis oder zur Herstellung von Nahrungserg\u00e4nzungsmitteln aus den Gr\u00fcnalgen Chlorella vulgaris.  Diese Photobioreaktoren profitieren von den hohen Reinheitsgraden und ihren effizienten Leistungen.  Die Biomasseproduktion kann auf einem hohen Qualit\u00e4tsniveau erfolgen und die hohe Biomassekonzentration am Ende der Produktion erm\u00f6glicht eine energieeffiziente Weiterverarbeitung.[5]  Aufgrund der j\u00fcngsten Preise f\u00fcr Photobioreaktoren sind wirtschaftlich realisierbare Konzepte heute nur auf hochwertigen M\u00e4rkten zu finden, z. B. Nahrungserg\u00e4nzungsmittel oder Kosmetika.[6]Die Vorteile von r\u00f6hrenf\u00f6rmigen Photobioreaktoren im Produktionsma\u00dfstab werden auch auf den Laborma\u00dfstab \u00fcbertragen.  Eine Kombination des genannten Glasgef\u00e4\u00dfes mit einer d\u00fcnnen Rohrschlange erm\u00f6glicht relevante Biomasseproduktionsraten im Laborforschungsma\u00dfstab.  Durch die Steuerung durch ein komplexes Prozessleitsystem erreicht die Regulierung der Umgebungsbedingungen ein hohes Niveau.[7]  Weihnachtsbaum Photobioreaktor[edit]  Ein alternativer Ansatz wird durch einen Photobioreaktor gezeigt, der in einer sich verj\u00fcngenden Geometrie aufgebaut ist und ein spiralf\u00f6rmig angebrachtes, durchscheinendes Doppelschlauch-Schaltungssystem tr\u00e4gt.[8]  Das Ergebnis ist ein Layout \u00e4hnlich einem Weihnachtsbaum.  Das Rohrsystem besteht aus Modulen und kann theoretisch im Freien bis zum landwirtschaftlichen Ma\u00dfstab skaliert werden.  Ein dedizierter Standort ist nicht entscheidend, \u00e4hnlich wie bei anderen geschlossenen Systemen, und daher ist auch nicht Ackerland geeignet.  Die Materialwahl sollte Biofouling verhindern und hohe endg\u00fcltige Biomassekonzentrationen gew\u00e4hrleisten.  Die Kombination von Turbulenzen und dem geschlossenen Konzept sollte einen sauberen Betrieb und eine hohe Betriebsverf\u00fcgbarkeit erm\u00f6glichen.[9]Plattenphotobioreaktor[edit]  Kunststoffplatten-PhotobioreaktorEin anderer Entwicklungsansatz ist bei der Konstruktion auf Kunststoff- oder Glasplatten zu sehen.  Platten mit unterschiedlichem technischen Design werden montiert, um eine kleine Schicht Kultursuspension zu bilden, die eine optimierte Lichtversorgung bietet.  Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glicht der im Vergleich zu Rohrreaktoren einfachere Aufbau die Verwendung kosteng\u00fcnstigerer Kunststoffe.  Aus dem Pool verschiedener Konzepte, z. B. m\u00e4anderf\u00f6rmige Str\u00f6mungskonstruktionen oder bodengasige Systeme, wurden realisiert und gute Ausgabeergebnisse gezeigt.  Einige ungel\u00f6ste Probleme sind die Lebensdauer des Materials oder die Bildung von Biofilmen.  Anwendungen im industriellen Ma\u00dfstab sind durch die Skalierbarkeit von Plattensystemen begrenzt.[10]Im April 2013 wurde die IBA in Hamburg in Betrieb genommen, ein Geb\u00e4ude mit integrierter Glasplatten-Photobioreaktorfassade.[11]Horizontaler Photobioreaktor[edit]  Horizontaler Photobioreaktor mit zickzackf\u00f6rmiger GeometrieDieser Photobioreaktortyp besteht aus einer plattenf\u00f6rmigen Grundgeometrie mit in regelm\u00e4\u00dfigen Abst\u00e4nden angeordneten Spitzen und T\u00e4lern.  Diese Geometrie bewirkt die Verteilung des einfallenden Lichts \u00fcber eine gr\u00f6\u00dfere Oberfl\u00e4che, was einem Verd\u00fcnnungseffekt entspricht.  Dies hilft auch bei der L\u00f6sung eines Grundproblems bei der phototrophen Kultivierung, da die meisten Mikroalgenarten empfindlich auf hohe Lichtintensit\u00e4ten reagieren.  Die meisten Mikroalgen erfahren bereits bei Lichtintensit\u00e4ten eine Lichts\u00e4ttigung, die erheblich unter der maximalen Tageslichtintensit\u00e4t von ungef\u00e4hr 2000 W \/ m liegt2.  Gleichzeitig kann eine gr\u00f6\u00dfere Lichtmenge genutzt werden, um die Photokonversionseffizienz zu verbessern.  Das Mischen erfolgt durch eine Rotationspumpe, die eine zylindrische Rotation der Kulturbr\u00fche bewirkt.  Horizontale Reaktoren enthalten im Gegensatz zu vertikalen Konstruktionen nur d\u00fcnne Medienschichten mit einem entsprechend niedrigen hydrodynamischen Druck.  Dies wirkt sich positiv auf den notwendigen Energieeinsatz aus und senkt gleichzeitig die Materialkosten.Folienphotobioreaktor[edit]Der Druck der Marktpreise hat zur Entwicklung von Photobioreaktortypen auf Folienbasis gef\u00fchrt.  Preiswerte PVC- oder PE-Folien werden zu Beuteln oder Gef\u00e4\u00dfen montiert, die Algensuspensionen bedecken und sie Licht aussetzen.  Die Preisspanne der Photobioreaktortypen wurde mit den Foliensystemen erweitert.  Es ist zu beachten, dass diese Systeme eine begrenzte Nachhaltigkeit aufweisen, da die Folien von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden m\u00fcssen.  F\u00fcr einen vollst\u00e4ndigen Saldo muss auch die Investition f\u00fcr die erforderlichen Unterst\u00fctzungssysteme berechnet werden.[12]Por\u00f6ser Substrat-Bioreaktor[edit]Por\u00f6ser Substrat-Bioreaktor (PSBR), entwickelt an der Universit\u00e4t zu K\u00f6ln, auch als Doppelschichtsystem bekannt, verwendet ein neues Prinzip, um die Algen mittels einer por\u00f6sen Reaktoroberfl\u00e4che, auf der die Mikroalgen in Biofilmen eingeschlossen sind, von einer N\u00e4hrl\u00f6sung zu trennen.  Dieses neue Verfahren reduziert die f\u00fcr den Betrieb ben\u00f6tigte Fl\u00fcssigkeitsmenge um den Faktor hundert gegen\u00fcber der derzeitigen Technologie, mit der Algen in Suspensionen kultiviert werden.  Das PSBR-Verfahren reduziert den Energiebedarf erheblich und erh\u00f6ht gleichzeitig das Algenportfolio, das kultiviert werden kann.Ausblick[edit]Die Diskussion um Mikroalgen und ihre Potenziale bei der Kohlendioxidbindung und der Herstellung von Biokraftstoffen hat Entwickler und Hersteller von Photobioreaktoren unter hohen Druck gesetzt.[13]  Keines der genannten Systeme ist heute in der Lage, phototrophe Mikroalgenbiomasse zu einem Preis zu produzieren, der mit Roh\u00f6l konkurrieren kann.  Neue Ans\u00e4tze testen zB Tropfmethoden, um ultrad\u00fcnne Schichten f\u00fcr maximales Wachstum unter Anwendung von Rauchgas und Abwasser zu erzeugen.  Dar\u00fcber hinaus wird weltweit viel \u00fcber gentechnisch ver\u00e4nderte und optimierte Mikroalgen geforscht.Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ “Photobioreaktor – Definition, Glossar, Details – Oilgae”. Glossar.  Oilgae.  Abgerufen 10.03.2015.^ Fahrbahn.  G. (2013). Auf dem Laufenden: Algen-Biokraftstoffe. 1.  Smashwords.  S. 1\u20139.  ISBN 9781301351961.^ U-Boot-Projekt: Konstruktionsprinzipien f\u00fcr Photobioreaktoren^ Decker, Eva;  Ralf Reski (2008).  “Aktuelle Erfolge bei der Herstellung komplexer Biopharmazeutika mit Moosbioreaktoren”. Bioprozess- und Biosystemtechnik. 31 (1): 3\u20139.  doi:10.1007 \/ s00449-007-0151-y.  PMID 17701058.^ Oliva, Giuseppina;  \u00c1ngeles, Roxana;  Rodr\u00edguez, Elisa;  Turiel, Sara;  Naddeo, Vincenzo;  Zarra, Tiziano;  Belgiorno, Vincenzo;  Mu\u00f1oz, Ra\u00fal;  Lebrero, Raquel (Dezember 2019).  “Vergleichende Bewertung eines Biotrickling-Filters und eines r\u00f6hrenf\u00f6rmigen Photobioreaktors zur kontinuierlichen Verringerung von Toluol”. Journal of Hazardous Materials. 380: 120860. doi:10.1016 \/ j.jhazmat.2019.120860.  PMID 31302359.^ Pulz.  O. (2001).  “Photobioreaktoren: Produktionssysteme f\u00fcr phototrophe Mikroorganismen”. Angewandte Mikrobiologie und Biotechnologie. 57 (3): 287\u2013293.  doi:10.1007 \/ s002530100702.  PMID 11759675.^ Algenbeobachter: IGV Biotech pr\u00e4sentiert neuartiges Algen-Screening-System^ F. Cotta, M. Matschke, J. Gro\u00dfmann, C. Griehl und S. Matthes;  “Verfahrenstechnische Aspekte eines flexiblen, tubbezogenen Systems zur Algenproduktion” (Prozessbezogene Aspekte eines flexiblen, tubul\u00e4ren Systems zur Algenproduktion);  DECHEMA 2011^ Gro\u00dfmann Ingenieur Consult GmbH: Aufbau eines Biosolarzentrums in K\u00f6then, 6. M\u00e4rz 2011.^ Handbuch der Mikroalgenkultur. 1 (2. Aufl.).  Blackwell Science Ltd. 2013. ISBN 978-0-470-67389-8.^ Briegleb, Till (25.03.2013). “IBA Hamburg – Er\u00f6ffnung, Algenhaus, Worldquartier”. Kunstmagazin.  Archiviert von das Original am 28.03.2013.^ Zittelli, Graziella;  Liliana Rodolfi;  Niccolo Bassi;  Natascia Biondi;  Mario R. Tredici (2012).  “Kapitel 7 Photobioreaktoren f\u00fcr die Herstellung von Mikroalgen-Biokraftstoffen”.  In Michael A. Borowitzka, Navid R. Moheimani (Hrsg.). Algen f\u00fcr Biokraftstoffe und Energie.  Springer Science & Business Media.  S. 120\u2013121.  ISBN 9789400754799.^ Spolaore.  P.;  et al.  (2006). “Kommerzielle Anwendungen von Mikroalgen” (PDF). Zeitschrift f\u00fcr Biowissenschaften und Bioingenieurwesen. 102 (2): 87\u201396.  doi:10.1263 \/ jbb.101.87.  PMID 16569602.Externe Links[edit]"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki18\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki18\/2020\/12\/31\/photobioreaktor-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Photobioreaktor – Wikipedia"}}]}]