Kendir_Sefkan_Bild_Homepage Sefkan Kendir

M.Sc. Sefkan Kendir

Forschung

Integrierte Separation, Entwässerung und Aufschluss von Mikroalgen mittels eines magnetischen Dekanters


Mikroalgen bieten zahlreiche Lösungen für aktuelle Herausforderungen, u.a. weil für ihre Kultivierung keine Agrarböden benötigt werden, sie nicht in Konkurrenz mit Lebensmitteln stehen und im Vergleich zu Makroalgen aus technischer Sicht vorteilhaft für die Kultivierung sind. Allerdings liegt wegen der geringen Größe von Mikroalgen die Herausforderung in deren Aufkonzentrierung, die immer noch sehr zeit- und energieintensiv ist und maßgeblich zu einer negativen Kostenbilanz führt. Für eine notwendige Entwässerung sind die Zellen wegen ihrer geringen Größe, ihres spezifischen Gewichts und der Bildung stabiler Dispersionen schwierig abzutrennen, insbesondere wenn Öle das Wertprodukt darstellen. Im Vergleich zum Stand der Technik, welcher aufgrund von hohen Rotationsgeschwindigkeiten der gesamten Separatorkammer zu energieintensiv ist, beruht die Konzentrationstendenz im Falle der Magnetseparation auf der Kraftwirkung inhomogener Magnetfelder auf magnetische Partikel. Der Einsatz magnetischer Partikel (Eisenoxide – Magnetit) vereinfacht durch das Binden an die Mikroalgen sowohl die Separation als auch den Aufschluss der Algen. Jedoch wird die angestrebte energieeffiziente Aufkonzentrierung von Mikroalgen mit derzeit existierenden Magnetseparatorsystemen nicht erreicht. Ziel des Forschungsprojekts ist daher die Entwicklung eines neuartigen Magnetdekanters zur effizienten Separation, Entwässerung und zum Aufschluss von photoautotrophen Mikroalgen, welches für Prozesse zur Gewinnung von industriell relevanten intrazellulären Metaboliten und Biofuels eine möglichst positive CO2-Bilanz gewährleistet.
Im Laufe des Projekts sollen die drei Arbeitszonen des Magnetdekanters: (i) Partikelseparationszone; (ii) Entwässerungszone; (iii) Zellaufschlusszone zunächst als Prototypen im Labormaßstab designt, gefertigt und erprobt werden. In einem anschließenden Projektabschnitt ist die Integration der Arbeitszonen in einen Apparat vorgesehen. Die Anfertigung der Prototypen erfolgt vorwiegend mit den umfangreichen Möglichkeiten zur Additiven Fertigung (3D-Druck). Schließlich wird die Entwicklung des Magnetdekanters durch Multiphysik-Simulationen der Feldverteilung und Hydrodynamik (FEM-Software COMSOL) begleitet. Weiterhin sollen Untersuchungen zum Potential der angelagerten Magnetpartikel zur Erleichterung des Zellaufschlusses der geernteten Algenbiomasse sowie zum Partikelrecycling durchgeführt werden. Darüber hinaus sollen gewonnene Intermediate charakterisiert werden.

 

Abbildung 1: Mögliches Prozessschema der Algenernte, Aufkonzentration und des Zellaufschlusses mittels eines magnetischen Dekanters