Bioökonomie International 2020: iProBIO - Intelligente Produktion von Mikroalgen-Biomasse mit adaptiver Zusammensetzung für Multiprodukt-Bioraffinerien

Mikroalgen sind eine neue Quelle für Wertstoffe. Algenproduktionssysteme können einen wichtigen Beitrag zur Bioökonomie leisten, vorausgesetzt dass ihre Effizienz gesteigert und die Produktionskosten gesenkt werden können. Die gängige Strategie zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit sind Bioraffinerieansätze, die darauf abzielen, verschiedene Produkte aus der Biomasse zu gewinnen. Die Ausbeute in Freiland-Photobioreaktoren (PBR) ist eng an das Wetter geknüpft und die optimalen Bedingungen für die Bildung verschiedener Wertstoffe sind oft gegensätzlich. Die Notwendigkeit mit veränderlichen Reaktionsbedingungen infolge veränderlicher Wettereinflüsse umzugehen, impliziert die Kultivierungsprozesse und die Zielprodukte entsprechend dem Wetter anzupassen. Das Projekt zielt darauf ab intelligente Strategien für die Freilandkultivierung von Mikroalgen zu entwickeln. Als Basis dienen Modelle, die vorhersagen, wie die Kultivierung bei gegebenen Wetterbedingungen angepasst werden muss, um ein bestmögliches Szenario im Hinblick auf die Zusammensetzung der Biomasse zum Erntezeitpunkt zu realisieren. Dabei setzt das Projekt auf maschinelles Lernen zur Vorhersage von Zellwachstum und Wertstoffbildung. Maschinelles Lernen wurde trotz des großen Potentials für die Prozessoptimierung in der Praxis der Algenkultivierung noch nie angewandt und ist insbesondere vor dem Hintergrund der Digitalisierung der Prozessindustrie, höchst innovativ. Um das Potenzial und die Grenzen des neuen Ansatzes zu untersuchen, wird die Produktion ausgewählter Metabolite aus zwei Algenarten experimentell in zwei Ländern (Deutschland und Kolumbien) untersucht. Ein weiteres Projektziel ist die Erforschung neuer Produkte aus Mikroalgen für die Bioökonomie, speziell Biostimulanzien, die das Wachstum von Nutzpflanzen und Feldfrüchten verbessern. Biostimulanzien aus Mikroalgenextrakten könnten in Zukunft eine günstige Alternative zu synthetischen Produkten sein, die heute in der Landwirtschaft eingesetzt werden.