Az algák kis klímamentők. Már a szabadban végzett természetes fotoszintézisük során is rendkívül hatékonyak, és tízszer több szén-dioxidot (CO₂) kötnek meg, mint a szárazföldi növények. Megfelelő érzékelőkkel, vezérlési technológiával és automatizálással ellátott bioreaktorokban az algák hatékonysága a szárazföldi növények hatékonyságának százszorosára növelhető. Ezért jelentős potenciállal rendelkeznek az éghajlat-semleges körforgásos gazdaság szempontjából. A PhotoBionicCell kutatási projekttel egy lehetséges megközelítést mutatunk be a holnap ipari biológiájához.
A bioreaktorral az algák automatikusan termeszthetők és növekedésük szabályozható. Ebből a célból az algafolyadékot felfelé pumpálják a nagyfelületű gyűjtőkbe, ahol az egyenletes áramlásban oszlik el, majd visszaáramlik a kultivátorba. E körforgás során az algasejtek kloroplasztiszaikban fotoszintézis segítségével a napfényt, szén-dioxidot és vizet oxigénné és kémiai energiaforrássá, illetve értékes szerves anyagokká alakítják át. Ily módon a biomassza termesztése zárt ciklusban, rendkívül hatékonyan és erőforrás-takarékosan történik.
A mikroorganizmusok lehető legjobb fejlődési feltételeinek megteremtése érdekében a bevált vezérlési és szabályozási technológiát együtt alkalmazzuk a legújabb automatizálási komponensekkel. A holisztikus gázosítási koncepció biztosítja, hogy a levegőből kivont szén-dioxid egyenletesen oszoljon el a keringő biofolyadékban.
A bioreaktorok egyik legnagyobb kihívása a biomassza mennyiségének pontos meghatározása. Ehhez fejlesztőink a Q.ANT nevű start-up cég kvantumtechnológiai érzékelőjére támaszkodnak. Ez pontos és valós idejű információt nyújt a szervezetek növekedéséről. Az algákat a Festo mikrofluidika segítségével automatikusan és folyamatosan adagolják. A mennyiségérzékelő képes optikailag érzékelni az egyes sejteket, így a biomassza mennyisége pontosan meghatározható. Ezenkívül megvizsgálja a sejtek életképességét is. Csak így lehetséges előrelátóan reagálni a folyamatok eseményeire, és szabályozó módon beavatkozni.
Az algabiomassza tápanyagellátásától függően zsírsavak, színpigmentek és felületaktív anyagok képződnek az anyagcsere-folyamatok termékeiként. Ezek nyersanyagként szolgálnak gyógyszerek, élelmiszerek, műanyagok, kozmetikumok vagy üzemanyagok előállításához. A kőolajalapú termékekkel ellentétben a bioalapú végtermékek általában biológiailag lebonthatók, és - az általános körforgásos gazdasággal összhangban - mindig klímasemleges módon újrahasznosíthatók.
A PhotoBionicCell munkája során kutatóink a Synechocystis kék-zöld alga tenyésztésére összpontosítottak. Színpigmenteket, omega-3 zsírsavakat és polihidroxi-vajsavat (PHB) termel. Ez a kivont PHB más anyagok hozzáadásával 3D nyomtatásra alkalmas szálakká alakítható. Ezzel a modern gyártási technológiával rövid időn belül összetett formájú, fenntartható műanyag alkatrészek vagy csomagolások állíthatók elő. A PhotoBionicCell esetében például bizonyos, bioműanyagból készült rögzítőkapcsok kerülnek beépítésre.
A laboratóriumokban eddig sok elemzést kézzel végeztek. Ez körülményes és hibákhoz vezethet. Az ilyen laboratóriumi berendezések automatizálásával a jövőben minden szükséges adat közvetlenül és valós időben leolvasható lenne, és a kutatók jobban tudnának az alapvető feladataikra koncentrálni.
A PhotoBionicCell egy speciálisan erre a célra kifejlesztett szoftverrel egészül ki. Műszerfaluk lehetővé teszi több fotobioreaktor feltérképezését az aktuális adatokkal és élő felvételekkel. Ez azt jelenti, hogy a kézi paramétermódosítások és a megfelelő értékelések éjjel-nappal, akár távolról is elvégezhetők. Ez lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy bármikor reagáljanak a bioreaktorban bekövetkező változásokra, és például az optimális időpontban kezdeményezzék a termék betakarítását.
A digitalizált laboratóriumot egy kiterjesztett valóság alkalmazás egészíti ki. A tableten keresztül a valóság kiterjeszthető a technikai folyamatok, a folyamatparaméterek és a bioreaktoron belüli folyamatokra vonatkozó információk megjelenítésére.