Lichtverdünnung
Lichtverdünnung beschreibt das Prinzip, das auf ein Areal bestimmter Größe eintreffende Licht auf eine größere Oberfläche zu verteilen. Lichtverdünnungsstrategien finden vor allem Anwendung in der Konzeption von Photobioreaktoren, insbesondere für die Kultivierung von Mikroalgen.[1] Dabei ist das Hauptziel zu verhindern, dass durch die Abschattung der Algen untereinander, unterschiedlich gut beleuchtete Zonen im Reaktor entstehen. Stattdessen soll eine homogene Lichtverteilung im Reaktor ermöglicht werden. Lichtverdünnungsstrategien im Photobioreaktor können verschieden umgesetzt werden. Die Oberfläche des Reaktors kann z. B. so gestaltet werden, dass eintreffendes Licht auf eine größere Oberfläche der Algensuspension im Reaktorinneren umgelenkt wird. Ein anderer Ansatz sind Lichtleiterstrukturen im Inneren der Bioreaktoren, die einen Teil des Lichts in tiefere Schichten des Bioreaktors transportieren.[2]
Lichtverteilung in der Mikroalgenkultivierung[Bearbeiten]
Zellkulturen in Photobioreaktoren, z. B. Mikroalgen, zeigen aufgrund der sich gegenseitig abschattenden Zellen zwei Effekte: eine örtliche Inhomogenität des Wachstums resultiert aus Lichtgradienten im Reaktor von der beleuchteten Oberfläche ins Innere aufgrund der Absorption des Lichts durch die Algen. In Kombination damit tritt bei Batch- und Fed-Batch-Prozessen auch eine zeitliche Inhomogenität des Wachstums durch das Zellwachstum und die Veränderung der Biomassekonzentration und damit der Absorptionseigenschaften der Kultursuspension auf. Bei niedrigen Zelldichten ist in jedem Volumenelement des Reaktors ausreichend Licht für maximales Wachstum vorhanden; nicht genutzte Energie geht jedoch verloren und es tritt möglicherweise Photoinhibition auf. Bei steigenden Biomassekonzentrationen existieren im Reaktor sowohl Zonen mit maximalem als auch mit Licht-limitiertem Wachstum. Sinkt bei hohen Zelldichten die Lichtintensität schließlich unter den kritischen Wert Ic der Kompensation zwischen Photosynthese und Erhaltungsstoffwechsel, existieren dunkle Volumenelemente ohne Wachstum und mit Respiration, die einen negativen Einfluss auf die Effizienz innerhalb des Gesamtvolumens haben
Literatur[Bearbeiten]
- Neuartiger Bioreaktor und Schwämme zum Lichtverdünnen. In: BioPro: Das Biotechnologie und Life Sciences Portal Baden-Württemberg.
Einzelnachweise[Bearbeiten]
- ↑ Clemens Posten: Design principles of photo-bioreactors for cultivation of microalgae. In: Engineering in Life Sciences. Band 9, Nr. 3, 2009, S. 165–177, doi:10.1002/elsc.200900003.
- ↑ Clemens Posten: Wie wird Energie aus Algen billiger? In: BioPro: Das Biotechnologie und Life Sciences Portal Baden-Württemberg.
