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KIT-Plattform für Mikroalgentechnologie

 

Die KIT-Plattform für Mikroalgentechnologie ist der Zusammenschluss mehrerer Institute des KIT, die sich allgemein der Technologieentwicklung zur nachhaltigen Wertstoffproduktion mit Mikroalgen widmen. Ihre Stärke basiert auf den breiten Basiskompetenzen, die sich von biologischen Grundlagen über die Reaktionstechnik, die Photobioreaktorentwicklung, die Bioverfahrenstechnik, über thermische Konversionsprozesse bis hin zur pilotskaligen Prozessintegration, sowie der sozio-ökonomischen Folgenabschätzung für die Gesellschaft erstrecken. Neue Ansätze, Wege und Konzepte werden definiert und durch gemeinsame Projekte umgesetzt.,

 

Energetisch ausgerichtete Arbeiten werden vom Helmholtz-Programm „Erneuerbare Energien“ unterstützt. Unter Nutzung des Kompetenzportfolios der Plattform liegt hier der Fokus auf

  • der Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Energieeffizienz der Mikroalgenkultivierung (Photobioreaktoren),
  • der energieeffizienten Gewinnung und Nutzung möglichst vieler Inhaltsstoff-Fraktionen durch Elektroimpulsbehandlung,
  • der Identifikation und Verifikation alternativer energetischer Verwer­tungspfade für Mikroalgenbiomasse und deren Teilfraktionen (Hydro­thermale Verfahren, Anaerobe Vergärung),
  • der Rückführung von Nährstoffen aus dem Downstream in die Kultivierung,
  • der techno-ökonomischen Bewer­tung neuer Verwertungspfade.

 

 

Die Kompetenzen der Bioverfahrenstechnik des Instituts für Bio- und Lebensmitteltechnik liegen in der Entwicklung von integrierten und exakt kontrollierbaren Bioprozessen. Aktuell im Fokus sind Fermentationsprozesse, die Kultivierung von photoautotrophen Mikroorganismen und neuartige Separationstechniken zur Fest/Flüssig-Trennung im Downstream-Bereich. Separationstechniken werden sukzessiv durch Messung extra- und intrazellulärer Komponenten und auf der Basis strukturiert-mathematischer Modellierungskonzepte optimiert. Speziell in der Photobiotechnologie liegen die Forschungsschwerpunkte auf der Prozessentwicklung für die marktgerechte Herstellung von Wertstoffen, der Produktion und Aufreinigung hochstrukturierter Bio-Komposit-Materialien und der Entwicklung neuartiger Photobioreaktoren mit maximaler Ausnutzung von Lichtenergie (z.B. Konzepte basierend auf transparenten Schwämmen) zur Mikroalgen Produktion.

Die Arbeitsgruppe Bioelektrik des Instituts für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik (IHM) arbeitet an der Kaskadennutzung von Mikroalgenbiomasse mittels Elektroimpulsbehandlung und an der Weiterentwicklung der Hochleistungsimpulstechnik für den industriellen Einsatz in der Mikroalgenverarbeitung. Hauptarbeitsrichtung ist die Ausnutzung der fraktionierenden Eigenschaften der Elektroimpulsbehandlung, die aufeinanderfolgend eine Gewinnung von Nährstoffen, Proteinen und Lipiden energieeffizient ermöglicht. Die Verarbeitung großer Volumenströme, eine lange Komponentenlebensdauer und die Prozessintegration sind prioritäre Entwicklungsrandbedingungen.

Der Bereich Nachhaltigkeit und Umwelt des Instituts für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) erarbeitet Wissen über die ökonomischen, ökologischen und sozialen Folgen der stofflichen und energetischen Nutzung von Mikroalgen und bewertet ihren Einsatz und die Anwendung neuer Technologien im Kontext der nachhaltigen Entwicklung. Die Ergebnisse werden Politik, Wissenschaft, Wirtschaft und die Öffentlichkeit darin unterstützen, Entscheidungen zu Forschung, Entwicklung und Einsatz von Mikroalgensystemen auf der Basis des besten verfügbaren Wissens und rationaler Bewertungen zu treffen.

Die Molekulare Zellbiologie des Botanischen Instituts erforscht, wie Pflanzen sich molekular, zellulär und physiologisch an Stress anpassen, und wie die biotechnologische Nutzung von Pflanzenzellen durch ein tieferes Verständnis der molekularen und zellulären Mechanismen verbessert werden können. In Grundlagenuntersuchungen zu Mechanismen pflanzlicher Stressreaktionen werden unter anderem Signalwege untersucht die durch Elektroimpulsstimulation angeregt werden. Daraus ergeben sich einerseits interessante Fragestellungen für die Grundlagenforschung, wie zum Beispiel nach der Rolle des Cytoskeletts für die Wahrnehmung von Zellintegrität. Vor allem kann man aber auf der Basis dieses Wissens durch gezieltere Manipulation von Mikroalgen über hypothesengeleitete Anwendung die Produktbildung und die Biomasseproduktion steigern.

Die Arbeitsgruppe Plattformchemikalien und Materialien aus Biomasse des Instituts für Katalyseforschung und –technologie (IKFT) beschäftigt sich u.a. mit hydrothermalen Konversionsverfahren von Biomasse. Dabei handelt es sich um die Umwandlung von Biomasse in Gegenwart von Wasser bei hohem Druck und Temperatur und ist daher besonders für nasse Biomasse geeignet. Ein Schwerpunkt ist aus diesem Grund die hydrothermale Verflüssigung von Mikroalgen unter subkritischen Bedingungen, die Ausbeuten an Biocrude von rund 60 wt% bezogen auf die Trockenmasse ermöglicht.