PBR@Earth – Automatisierte Grundwasser- und CO2-Aufbereitung mittels eines biotechnologischen Systems basierend auf Mikroalgen

Mikroalgen-Photobioreaktor – Entwicklung für terrestrische Anwendung, dank Erfahrungen aus Raumfahrtanwendungen

Laufzeit des Vorhabens: 01.07.2019 – 30.06.2021

Überdüngung der Böden durch Nitrat und Phosphat sowie die damit einhergehende Belastung des Grundwassers sind Probleme, die das Gleichgewicht unseres Ökosystems auf der Erde stark belasten. Die Nitrat- und Phosphatbelastung des Grundwassers ist weltweit, jedoch insbesondere in Deutschland, ein Problem mit weitreichenden Auswirkungen. Europaweit weist Deutschland die zweithöchsten Werte auf, nur übertroffen von Malta. Der Grenzwert von 50 mg/l für die Nitratkonzentration in Grundwässern wird deutschlandweit bei 28 % der Messstellen überschritten.

Ein weiteres großes Problem für die Umwelt ist die rasant steigende CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre und die damit einhergehende Klimaerwärmung. Weltweit steigende Emissionen von Treibhausgasen werden als Ursache der globalen Erwärmung und des Klimawandels gesehen. Im Kyoto-Protokoll sind sechs Treibhausgase identifiziert, darunter Kohlendioxid. In Deutschland entfallen 87,9 % der Freisetzung von Treibhausgasen auf CO2. Nach Angaben des Weltklimarates (IPCC –Intergovernmental Panel on Climate Change) betrug der Temperaturanstieg zwischen 1880 und 2012 rund 0,85 K. In der Kernbotschaft des Fünften Sachstandsberichtes des Weltklimarates wird der Einfluss des Menschen durch die Freisetzung von Treibhausgasen wie CO2 als Hauptursache der Erwärmung seit Mitte des vergangenen Jahrhunderts bezeichnet.

Ein eigens für die Raumfahrt entwickeltes System bietet eine Technologie, die das Potenzial hat, beide Probleme gezeitigt zu bekämpfen: Der kontrollierte Einsatz von Mikroalgen.

Ziel des Projekts PBR@Earth ist es, die umwelttechnische Prozessführung der Mikroalgenkultivierung dahingehend zu untersuchen, wie ein biotechnologisches, automatisiertes und mobiles System zur Grundwasser- und CO2-Aufbereitung realisierbar ist. Diese ingenieurwissenschaftliche Lösung zum Schadstoffabbau basierend auf Mikroalgen in Photobioreaktoren (PBR) könnte dazu beitragen, die Nitratbelastung des Grundwassers zu reduzieren und synergetisch den Phosphatkreislauf weiter zu schließen. Durch Photosynthese der Mikroalgen entsteht ein zusätzlicher Nutzen durch die lokale und temporäre CO2-Senke. Ergänzend soll die im Reaktor produzierte Biomasse automatisiert geerntet und verarbeitet werden. Die Biomasse kann beispielsweise als Tierfutter, Nahrungsergänzungsmittel oder sogar als Brennstoff weiterverwertet werden. Der mobile Bioreaktor könnte automatisiert arbeiten und flexibel überall dort eingesetzt werden, wo er benötigt wird.

Algen-basierte Systeme existieren bereits auf der Erde. An der Anwendung solcher Systeme in der Raumfahrt forscht das Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart – im Rahmen von DLR-Zuwendungen bereits seit 2008. Die Anforderungen an das Design eines PBR für den Weltraum sind sehr hoch. Die hieraus entstandene Erfahrung befähigt das IRS dazu, ein automatisiertes System für Erdanwendungen zu entwickeln.

Experiment am IRS: Chlorella vulgaris zur Nitrataufnahmne

Institutionen/ Verbundpartner

Institut für Raumfahrtsysteme – Universität Stuttgart
www.irs.uni-stuttgart.de

Ansprechpartner:

Dr. Gisela Detrell
detrell@irs.uni-stuttgart.de
Telefon +49 711 685 69611

Johannes Martin
martin@irs.uni-stuttgart.de
Telefon +49 711 685 62391