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Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik

Teilinstitut III -  Bioverfahrenstechnik

 

Gebäude 30.44

Fritz-Haber-Weg 2

76131 Karlsruhe

Globale Sensitivitätsanalyse eines Lichtmodells in Simulink-Umgebung

Globale Sensitivitätsanalyse eines Lichtmodells in Simulink-Umgebung
Forschungsthema:Modellierung von Algenkultivierungen
Typ:Masterarbeit, Bachelorarbeit, Praktikum
Datum:vergeben
Betreuer:

M.Sc. Artem Kalinin

Beschreibung der Abschlussarbeit

Bei der Kultivierung von Mikroalgen spielt das Lichtprofil innerhalb eines Photobioreaktors eine besonders wichtige Rolle, da es oftmals den limitierenden Faktor darstellt. Eine besondere Herausforderung besteht darin, das Lichtprofil während einer Kultivierung zu simulieren. Mithilfe der sogenannten radiative transfer equation (RTE) kann ein solches Lichtprofil dreidimensional beschrieben werden. Eine nummerische Lösung der dreidimensionalen RTE ist jedoch sehr rechenaufwendig und somit nicht geeignet für die Simulation einer dynamischen Kultivierung.

 

 

Aus diesem Grund wurde eine analytische, eindimensionale Lösung der RTE ermittelt und in ein MATLAB/Simulink®-Skript implementiert. Die Vorarbeiten haben gezeigt, dass diese Lösung eine ausreichend genaue Beschreibung des Lichtprofils innerhalb einer dynamischen Algenkultur liefert. Als Eingangsgrößen dienen hierbei die Biotrockenmasse, die Biomassedichte, der Wasseranteil, die Zellgröße, der Zellwanddurchmesser, die Brechungsindizes des Zellinneren sowie der Zellwand und der Pigmentgehalt. Aufgrund der hohen Anzahl der Eingangsgrößen und der komplexen Berechnungen innerhalb des Skriptes ist es nicht unmittelbar ersichtlich, welche Auswirkung die Parameter auf die Ausgangsgrößen haben. Deshalb sollen im nächsten Schritt Sensitivitätsanalysen durchgeführt werden, die diese Frage aufklären sollen.

 

 

Weiterhin konnten innerhalb einer Vorarbeit Daten über die Zellgröße in Abhängigkeit der Wachstumsrate bzw. der Prozesszeit gesammelt werden, die zur Modellierung der Zellteilung und somit der Zellgröße genutzt werden sollen.

 

 

Zudem ist eine Ausweitung des Lichtmodells auf weitere Reaktorgeometrien (z. B. Rührkessel) vorgesehen, da es aktuell nur für Flat Panel-Photobioreaktoren anwendbar ist.

 

Die Arbeit ist zunächst als eine rein theoretische Arbeit geplant. Es kann jedoch ein experimenteller Teil eingebaut werden.

 

 

 

Wir bieten:

- Einarbeitung in MATLAB und Simulink®

- Möglichkeit zur eigenständigen, wissenschaftlichen Arbeit

- Möglichkeit zum Einbringen eigener Ideen

- angenehmes Arbeitsklima

 

 

Wir suchen:

- motivierte Studierende der Fachrichtung Bio oder Chemieingenieurwesen, Biotechnologie oder einer verwandten Fachrichtung

- verantwortungsbewusste und zuverlässige Arbeitsweise

- Interesse an biologischen Systemen und Modellierung

- Neigung zur Mathematik sollte vorhanden sein

- Vorkenntnisse in MATLAB/Simulink® sind hilfreich, jedoch nicht zwingend erforderlich