ISBN 9783843925006

978-3-8439-2500-6, Reihe Verfahrenstechnik

Michael Morweiser
Optimierung von Mikroalgen-Produktionsprozessen – Wasserstoff-Erzeugung und Photobioreaktor-Entwicklung

189 Seiten, Dissertation Karlsruher Institut für Technologie (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Einige Mikroalgen-Spezies sind in der Lage, unter bestimmten Voraussetzungen Wasserstoff mithilfe von Lichtenergie zu bilden. In einem zweistufigen Verfahren wird dabei zunächst Algenbiomasse in einem Photobioreaktor kultiviert, anschließend kann die Biomasse zur Wasserstoffproduktion eingesetzt werden.

Im Hinblick auf eine kostengünstige Mikroalgenkultivierung in großem Maßstab befasst sich der erste Teil dieser Arbeit mit dem Einfluss von naturnahen Lichtzyklen auf die Biomassebildung während der Wachstumsphase des Prozesses. Hier werden im Labormaßstab Tag-Nacht-Verläufe in verschiedenen Kultivierungssystemen simuliert und der Entwicklung wichtiger Wachstumsparameter gegenübergestellt.

Zur Kinetik der phototrophen Wasserstoffentwicklung mit Chlamydomonas reinhardtii wird zunächst die Problematik der Produktion unter Tageslichtzyklen betrachtet. Dabei wird untersucht, inwieweit mit dieser Prozessführung eine H2-Produktion unter realitätsnahen Belichtungsverhältnissen möglich ist.

Im zweiten Teil der Arbeit wird die Entwicklung eines neuen Photobioreaktors mit optimiertem Lichteintrag und verbesserter Energieeffizienz beschrieben. Der Reaktor kombiniert ein neues Konzept der Lichtverteilung mit günstigen Strömungseigenschaften. Dazu werden Versuche in Labor und Freiland sowie die wichtigsten Kennzahlen der Anlage vorgestellt.

Im Zuge einer integrierten Prozessentwicklung werden auch Ergebnisse zur Fest-Flüssig-Trennung von Biomasse dargestellt. Hier wird auf die Separation mit dynamischer Querstromfiltration eingegangen und die Filtrierbarkeit verschiedener Algensuspensionen verglichen.