AutoPro - Ein automatisierter Bioprozess zur Kultivierung der Mikroalge Galdieria sulphuraria zur verbesserten Nutzung organischer Reststoffe aus Aquakulturen

Für die Biologisierung der Wirtschaft auf Grundlage von organischen Abfall- und Reststoffen stellt die heterogene Zusammensetzung dieser Stoffe aufgrund der Notwendigkeit aufwendiger Vorbehandlungen eine große Herausforderung dar. Die Entwicklung innovativer und robuster biologischer Prozesse auf Grundlage extremer biologischer Milieus und Mikroorganismen erlauben eine Nutzbarmachung der heterogener Abfall- und Reststoffe zur Herstellung hochwertiger Produkte, die zur nachhaltigen technischen und sozioökonomischen Entwicklung ländlicher Räume beitragen können.

Mit einem automatisierten Kultivierungsprozess der extremophilen Mikroalge Galdieria sulphuraria wäre es möglich, organische Reststoffe aus Aquakulturen wie Garnelenfarmen zu recyceln. Die extremophile Mikroalge G. sulphuraria ist in der Lage, verschiedene organische Rückstände heterotroph in Algenbiomasse umzuwandeln, die reich an hochwertigen und vielfältig nutzbaren Proteinen, Kohlenhydraten (Glycogen) und Pigmenten (insbes. Phycocyanin) ist. Aufgrund extremophiler Wachstumsbedingungen wie pH 2 und 45°C verdrängt G. sulphuraria mikrobielle Verunreinigungen, was sogar eine unsterile Kultivierung unter heterotrophen Bedingungen ermöglicht.

Obwohl sich die Kultivierung von G. sulphuraria auf verschiedenen organischen Reststoffen als erfolgreich erwiesen hat, ist eine industrielle Umsetzung bisher noch nicht gelungen. Um die Prozessleistung mit organischen Reststoffen zu verwalten und zu steuern, befasst sich AutoPro mit der Entwicklung eines Prozessmodells in Form eines digitalen Zwillings und dessen Nutzung für ein integriertes verfahrenstechnisches Anlagendesign inklusive Entwicklung von Steuerung und Regelung bis hin zur Onlineanwendung zur Echtzeitüberwachung für einen dezentralen Prozess.

For the biologisation of the economy based on organic waste and residual materials, the heterogeneous composition of these materials poses a major challenge due to the need for complex pre-treatment. The development of innovative and robust biological processes based on extreme biological environments and microorganisms allows the utilisation of heterogeneous waste and residual materials for the production of high-quality products that can contribute to the sustainable technical and socio-economic development of rural areas.

With an automated cultivation process of the extremophilic microalgae Galdieria sulphuraria, it would be possible to recycle organic residues from aquacultures such as shrimp farms. The extremophilic microalgae G. sulphuraria is able to heterotrophically convert various organic residues into algal biomass, which is rich in high-quality and versatile proteins, carbohydrates (glycogen) and pigments (especially phycocyanin). Due to extremophilic growth conditions such as pH 2 and 45 °C, G. sulphuraria displaces microbial contaminants, which even enables non-sterile cultivation under heterotrophic conditions.

Although the cultivation of G. sulphuraria on various organic residues has proven successful, industrial implementation has not yet been achieved. In order to manage and control the process performance with organic residues, AutoPro is working on the development of a process model in the form of a digital twin and its use for an integrated process engineering plant design including the development of control and regulation through to the online application for real-time monitoring for a decentralised process.