A Festo bemutatja a PhotoBionicCell-t – a bioreaktort, amely lehetővé teszi az algák hatékony és nagyszabású fotoszintézisét.

Az algák kis éghajlatmentők. Már természetes állapotukban is rendkívül hatékony fotoszintetizátorok, és tízszer több szén-dioxidot (CO₂) nyelnek el, mint a szárazföldi növények. Megfelelő érzékelőkkel és irányítástechnikával automatizált bioreaktorokban az algák hatékonysága a szárazföldi növények hatékonyságának százszorosára növelhető. Ez azt mutatja, hogy jelentős potenciállal rendelkeznek az éghajlatsemleges körforgásos gazdaságban. A PhotoBionicCell kutatási projekttel a Festo a  jövő ipari biotechnológiájának egy lehetséges megközelítését mutatja be.

Világunk soha nem látott mértékben változik. A világ népessége növekszik és az éghajlatváltozás következményei már most érezhetők. Csak akkor lesz élhető jövőnk, ha az emberek, az állatok és a növényvilág harmóniában élnek. A Festo ezért tekinti a jövő gazdasági rendszerének a biogazdaságot.

“Célunk, hogy a biomassza nagyüzemi termesztésével, az általunk kifejlesztett automata technológiával jelentősen hozzájáruljunk a mai és a jövő generációk életminőségének javításához”

– mondja Dr. Elias Knubben, a vállalati kutatás és innováció alelnöke.

Szelep-érzékelő egység a felszíni kollektorok keringésének szabályozására

A biológia mint inspiráció

A bionikai csapat most a fotoszintézist is alaposabban megvizsgálja. A 2022-es Hannover Messe kiállításon a Festo a PhotoBionicCell projektet az ipari biológia példájaként mutatja be. Az innovatív fotobioreaktorral az algák automatikusan termeszthetők és növekedésük szabályozható. Az algasejtek a kloroplasztiszukban zajló fotoszintézis révén a napfényt, szén-dioxidot és vizet oxigénné és kémiai energiahordozóvá vagy újrahasznosítható szerves anyagokká alakítják. A Festo automatizálási technológiájával, például az ellenőrzött, optimális gázosítással és keveréssel, az algák százszor több szén-dioxidot képesek megkötni, mint a szárazföldi növények, például a fák vagy a kukorica.

Biológiai újrahasznosítható anyagok az éghajlatsemleges végtermékekhez

Az algák anyagcsere-folyamataik részeként zsírsavakat, színpigmenteket és felületaktív anyagokat termelnek. Ezek felhasználhatók gyógyszerek, élelmiszerek, műanyagok vagy kozmetikumok előállításához szükséges nyersanyagként. A kőolaj-alapú termékekkel ellentétben a bioalapú végtermékek általában biológiailag lebonthatók, és az általános körforgásos gazdasággal összhangban mindig klímasemleges módon újrahasznosíthatók. Például egy samponos flakon előállításához körülbelül egy liter kőolajra van szükség. Ha ezt a flakont használat után elégetik, további három kilogramm CO₂ szabadul fel, így CO₂-mérlege negatív lesz. Ha ehelyett algaalapú bioműanyagot használnak, három kilogramm CO₂-t nyelnek el, amely a flakon ártalmatlanításakor ismét felszabadul. Így a körforgás egyensúlyban van.

Hatékony fotoszintézis a csúcstechnológiás bioreaktorban

A PhotoBionicCell-en végzett munkájuk során a kutatók a Synechocystis kék-zöld alga tenyésztésére összpontosítottak. Ezek színpigmenteket, omega-3 zsírsavakat és polihidroxibutirátot (PHB) termelnek. Ha ezt a PHB-t kivonják, más anyagok hozzáadásával feldolgozható, és például a 3D nyomtatásban felhasználható.

A bioreaktorok egyik legnagyobb kihívása, hogy hogyan lehet pontosan meghatározni a biomassza mennyiségét. A Festo ehhez a Q.ANT start-up cég által szállított kvantumtechnológiai érzékelőre támaszkodik. Ez valós időben pontos információkat szolgáltat a szervezetek növekedéséről. A mikrofluidika – például a folyadék apró mennyiségeit pontosan szabályozó szivattyúk – alkalmazásával az algákat automatikusan és folyamatosan pumpálják a kvantumszenzorba. A kvantumszenzor képes optikailag elemezni az egyes sejteket, így a biomassza mennyisége pontosan meghatározható. Emellett mesterséges intelligenciát (AI) használ a sejtek életképességének vizsgálatára. Csak ezután lehetséges a folyamat eseményeit előre jelezni, azokra reagálni, valamint ellenőrzött módon beavatkozni.

Kvantum érzékelő a biomassza optikai, valós idejű meghatározására

Szoftveres megoldások a digitalizált laboratóriumhoz

Számos laboratóriumi elemzést eddig kézzel végeztek. Ez lassú és hibákat eredményezhet. Az ilyen laboratóriumi rendszerek automatizálása a jövőben lehetővé teszi, hogy minden szükséges adatot közvetlenül és valós időben lehessen leolvasni.

Ennek eléréséhez a PhotoBionicCell saját fejlesztésű szoftvert használ. A kezelő felület lehetővé teszi több fotobioreaktor megjelenítését az aktuális adathelyzettel és élő képekkel. A paraméterek módosításai és a megfelelő kiértékelések éjjel-nappal és akár távolról is elvégezhetők. A felhasználók így bármikor reagálhatnak a bioreaktorban bekövetkező változásokra, így például az optimális időpontban megkezdhetik a „termés” betakarítását.

Mesterséges intelligencia a további optimalizáláshoz

A Festo fejlesztői mesterséges intelligenciát alkalmaznak az adatok kiértékeléséhez is. Ez lehetővé teszi a bioreaktor optimalizálását az algakultúrák szaporítására vagy a meghatározott növekedési paraméterek fenntartására minimális energiabefektetéssel.