藻類可以自動培養，並透過生物反應器控制其生長。藻類液體被向上泵入表面收集器，在表面收集器中以均勻的流動分布，然後流回培養器。在這個循環過程中，藻類細胞透過葉綠體中的光合作用，將陽光、二氧化碳和水轉化為氧氣和化學能載體或有機可回收材料。這就是如何在一個封閉循環中培養生物質，這種方法非常高效，並且可節約資源。
成熟的開迴路和閉迴路控制系統與最先進的自動化元件相結合，為微生物提供了最佳條件。整合的充氣理念，確保空氣中的二氧化碳均勻分布到循環的生物流體中。
生物反應器面臨的一個主要挑戰是如何精確確定生物質的體積。我們的開發人員正在使用新創公司 Q.ANT 提供的量子技術感測器來實現這一點。它即時返回關於生物體生長的準確資訊。藉由微流體技術，藻類可自動連續地泵經 Festo 感測器。量子感測器能夠以光學方式檢測單個細胞，以便可以精確地確定生物量。此外，它還檢查細胞的活力。只有這樣，才有可能提前回應過程事件並對其進行調節。
根據供給藻類生物質的營養物，代謝過程中形成的產物有脂肪酸、色素和表面活性劑。它們可用作生產藥物、食品、塑膠、化妝品或燃料的原料。與石油產品不同，基於生物的最終產品通常可以被生物降解，並且為了與整體循環經濟保持一致，可以在氣候中和過程中回收。
在開發 PhotoBionicCell 的過程中，我們的研究人員還專注於培養藍綠藻。產物有彩色顏料、omega-3 脂肪酸和聚羥基丁酸酯 (PHB)。透過添加其他物質，生成的 PHB 可以加工成用於 3D 列印的纖維。利用這種現代生產技術，可以在短時間內製造出複雜形狀的永續塑膠元件或包裝。例如，安裝在 PhotoBionicCell 中、由生物塑膠製成的特定緊固夾。
到目前為止，許多實驗室分析都是人工完成的。這個過程很慢，並且會發生錯誤。未來這種實驗室系統的自動化，將能夠直接和即時讀取所有必要資料，以便研究人員更確實專注於他們的核心任務。
PhotoBionicCell 將使用內部開發的軟體完成。儀表板將顯示多個光生物反應器的當前資料情況和即時影像。參數的改變和相應的評估可以全天候遠端進行。因此，使用者可以隨時回應生物反應器中的變化，例如，在最佳時間開始採集產品。
透過擴增實境應用，進一步提高實驗室的數位化程度。平板電腦可用於擴增實境，並使生物反應器內部的技術過程、過程參數和過程資訊可視化。
我們的開發人員也在使用人工智慧 (AI) 來評估資料。因此，生物反應器可針對藻類培養物的繁殖進行優化、或以最小的能量輸入維持特定的生長參數。它還可以用來預測閥和其他元件的使用壽命，也可以使用藉由 AI 創造的數位孿生。未來數位孿生可以用來模擬生物反應器的完整生命週期，並顯示虛擬影像。在對實際系統進行物理設定之前，也可以非常精確地估計不同微生物的預期細胞生長。
除了使用自動化和數位化優化實驗室設施，所謂的人工光合作用為更有效地培養生物質開闢了另一個光明前景。我們與馬爾堡馬克斯普朗克地球微生物研究院合作，開發了一種自動滴定器，用於改善光合作用的單個酶。期間需要測試一種酶的數千種變體。與手動移液相比，新型自動移液滴定器工作速度更快，並且不會發生錯誤。此外，這種自動移液滴定器可以在幾秒鐘內適應新的任務。
然而，可以得到優化的不僅僅是光合作用的各個組成部分。科學家們正在研究完整代謝路徑的數位優化。這種方法被稱為合成生物學。在電腦上優化的代謝路徑被用於合成製造的細胞中，稱為液滴。它們的直徑約為 90 微米，含有所有必需的酶和生物催化劑。因此，它們將能夠與其生物模型一樣，利用光能吸收二氧化碳。
Even though we are still in the middle of the development process, the potential for the future is already becoming clear today. If expertise in automation and basic research come together, the road to carbon-neutral production on an industrial scale will be implemented much faster. That is why we are conducting research in the field of biologisation.