Optimierte Bedinungen für die Kultivierung von Mikroogranismen
Damit Mikroorganismen wie Bakterien, Algen und Hefen ideal wachsen und um eine hohe Biomasse zu erreichen, müssen im Reaktor exakt auf ihre Bedürfnisse zugeschnittene Umgebungsbedingungen hergestellt werden. Dies erfordert das Messen, Erfassen und Regeln von vielen Größen.
Neben der Temperatur und dem pH-Wert spielen die Nährstoffversorgung sowie eine exakte Begasung von Luft, Sauerstoff sowie weiteren Gasen eine zentrale Rolle. Hierfür stellt Festo Komponenten und Lösungen aus den Bereichen Gas Handling, Liquid Handling und der Steuerungstechnik (Control) zur Verfügung sowie Lösungen bis zum einbaufertigen Schaltschrank.
Bioreaktor:
Highlight-Produkte und ihre Funktion
Hier zeigen wir einen Edelstahlbioreaktor, wie er in der industriellen Biotechnologie häufig eingesetzt wird.
Gas Handling: präzise Durchflussregelung
Zur Dosierung der Gase werden die Massendurchflussregler VEMD verwendet. Neben Luft werden auch Stickstoff, CO2 und insbesondere Sauerstoff eingesetzt.
Liquid Handling: exakte Dosierung durch Überdruck
Zur Dosierung der flüssigen Medien im Reaktor wird über das Proportional-Druckregelventil VEAB das Pressure-Over-Liquid-Verfahren angewendet. Dabei wird mit dem Ventil ein Vordruck auf einen Medienbehälter gegeben. Durch den Überdruck gelangt das Medium in den Reaktor.
Das mediengetrennte Magnetventil VYKA kontrolliert selbst kleinste Mengen hochpräzise und eignet sich auch für aggressive Stoffe wie Laugen, Säuren und andere Chemikalien.
Zur Temperierung des Reaktors wird das FDA-konforme Kugelhahnventil VZBD eingesetzt, das vom Schwenkantrieb DFPD und dem Positionierer CMSX eingestellt wird.
Control: automatisierte Regelung aller Parameter
Die Steuerung CPX-E steuert die Komponenten im Reaktor und regelt damit automatisiert pH-Wert, Temperatur und weitere Einflussfaktoren für das Wachstum der Mikroorganismen. Eine Anbindung an ein Leitsystem mittels MTP-Standard ist möglich.
Auf dem Bedienbildschirm CDPX wird das passende Dashboard dargestellt, um den Bioreaktor per Touchscreen zu bedienen.
Algenreaktor:
Highlight-Produkte und ihre Funktion
Für das Wachsen von Algen ist die Photosynthese ein zentraler Stoffwechselweg. Dabei wird CO2 in Zucker umgewandelt und Sauerstoff freigesetzt. Die beiden 6 Liter Flat-Panel-Airlift-Photobioreaktor (FPA) von Subitec ermöglichen die produktive Kultivierung von Mikroalgen durch die optimale Nutzung von Licht-, CO2 und Nährstoffen.
Gas Handling: zwei Konzepte zur Begasung
Die Applikation zeigt zwei Wege der kontrollierten Begasung: Einerseits wird mit jeweils einem Massendurchflussregler VEMD für Luft und CO2 genau die richtige Menge in den Reaktor gefördert.
Andererseits wird die Begasung mit dem Druckregler VEAA in Verbindung mit dem Durchflusssensor SFAH kontrolliert. Dieser misst die tatsächliche Menge an CO2 und Luft.
Liquid Handling: lebensmittelechte Ventiltechnik
Das pneumatisch angetriebene lebensmittelechte Quetschventil VZQA wird für das Befüllen und Entleeren des Reaktors oder zur Probenentnahme eingesetzt.
Control: Produktneuheit im Einsatz
Angesteuert werden diese Ventile mit der neuen Ventilinsel VTUX. Die CPX-E sorgt für die Steuerung und Regelung der Komponenten im Reaktor und regelt damit automatisiert pH-Wert, Temperatur, Begasung und Licht.
Immer die passende Lösung
Neben einzelnen Komponenten bietet Festo auch maßgeschneiderte Systemlösungen für Bioreaktoren an. Dabei werden aus ausgewählten Komponenten angepasste Automatisierungslösungen zum Beispiel in Form von kompletten Schaltschränken entwickelt. Zusätzlich kann kundenspezifische Software von der Steuerung bis zur Cloud erstellt werden. Durch die nahtlose Integration der Systeme und die Möglichkeit der Datenanalyse in Echtzeit gelingt eine effiziente und transparente Prozesssteuerung.
Biologisierung als Lernfeld
Den neuen Herausforderungen im Bereich Biologisierung begegnet Festo nicht nur von technischer Seite, sondern hat als Marktführer in der technischer Aus- und Weiterbildung auch die künftig notwendigen Qualifikationen im Blick.
Im Bereich der eigenen Berufsausbildung hat Festo deshalb gemeinsam mit der IHK Region Stuttgart die Zusatzqualifikation „Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung“ auf den Weg gebracht. Sie richtet sich an viele Ausbildungsberufe. Insbesondere für die gewerblich-technischen und kaufmännischen Auszubildenden wird es ein Modul „Automatisierung der Biologischen Transformation“ geben.
Festo wird Teile davon in seinem Ausbildungszentrum abdecken und mit eigenen Auszubildenden an den Start gehen. Zudem entwickelt Festo ein modulares Lernkonzept für angehende Biomechatroniker, das für die Wissensvermittlung vor allem technischer Grundlagen genutzt werden kann.
Auch in der Hochschulbildung gibt es konkrete Pläne. Derzeit entwerfen wir mit der Hochschule Reutlingen einen neuen Studiengang Biomechatronik, in dem biologische und technische Inhalte mit dem Fokus auf die Zelle als kleinste Fabrik der Welt verknüpft werden. Hier soll der neue Lernreaktor ebenfalls Anwendung finden.
Lernreaktor: Modulares System für Biomechatroniker
Neben der Entwicklung von neuen Berufsprofilen hat Festo ein modulares Lernkonzept für angehende Biomechatroniker entworfen, das für die Wissensvermittlung vor allem technischer Grundlagen genutzt werden kann. Das System besteht aus einer Lernsoftware und verschiedener Lernhardware, die in einem modularen Trägersystem untergebracht ist.
Lernsoftware: Die Lernsoftware ist ein Prototyp auf Basis der bewährten Lernplattform Festo LX, der die Inhalte spielerisch vermittelt und die Lernenden auf die Aufgaben vorbereitet.
Lernhardware: Die ergänzende Hardware besteht aus einem Bioreaktor zur Kultivierung von Hefen und Anwendungen zur Probenentnahme. Zudem sind im System auch zwei Produkte von Festo Didactic verbaut: der Schaltschrank des bereits erhältlichen SkillsConveyor und das Lernsystem Electeo, das erstmals auf der Hannover Messe vorgestellt wird.
Trägersystem: Das Lernsystem besteht aus fünf Modulen und lässt sich beliebig ergänzen und mit weiteren Modulen kombinieren. Durch die abgeschrägte Form der integrierten Elemente ist ein ergonomisches Lernen möglich.