Bioreaktor-Schönheit

Flüssigkeitsanalyse - Algen sind wahre Alleskönner und werden sogar als Rohstoff der Zukunft gesehen. Speziell für die Kosmetikindustrie konstruiert und fertigt Weber eine Mikroalgenproduktionsanlage. Für die digitale Mess- und Regeltechnik kommt modernste Technik von Jumo zum Einsatz.

30. Oktober 2019
Bioreaktor-Schönheit
Überblick über die gesamte Anlage. (Bild: Jumo)

Von den weltweit über 70.000 Algenarten sind gerade einmal rund 30.000 erforscht. Grundsätzlich wird zwischen sogenannten Makro- und Mikroalgen unterschieden. Während Makroalgen mit dem bloßen Auge zu erkennen sind, handelt es sich bei Mikroalgen um mikroskopisch kleine Organismen.

Die Weber GmbH in Aschaffenburg hat eine Mikroalgenproduktionsanlage konstruiert und gefertigt. Die komplette Konzeption und Realisierung der Anlage, und die Inbetriebnahme erfolgte durch das Jumo-Engineering-Team. Alle Jumo-Komponenten werden in einem Schaltschrank installiert und anschlussfertig ausgeliefert.

Für uns Menschen sind Algen ein wahrer Segen, denn sie produzieren immerhin bis zu 90 Prozent des Sauerstoffs auf der Erde. Mit ihrem Gehalt an Zucker, Stärke, Ölen und Omega-3-Fettsäuren bringen sie eine siebenfach höhere Produktivität als Mais. Zudem binden die Organismen Kohlendioxid (CO2), welches sie zum Wachstum benötigen. Die Biomasse ist in der Kosmetikindustrie, bei der Produktion von Lebensmitteln und in der Pharmaindustrie sehr gefragt.

Treibstoff der Zukunft

Der aus den Algen zu gewinnende Biodiesel wird in den USA zurzeit sogar als Treibstoff der Zukunft gehandelt. Mikroalgen sollen jetzt sogar in den Weltraum. Die ESA (European Space Agency) lässt derzeit einen Bioreaktor für die Raumfahrt entwickeln, mit dessen Hilfe CO2 in Sauerstoff umgewandelt wird und der zum Beispiel bei Mars-Missionen benötigt wird.

In den Bioreaktoren der Weber GmbH wachsen Algen, die in Kosmetikprodukten verwendet werden. In der Kosmetik kommen vor allem die Meeresalgen zum Einsatz, während Süßwasseralgen in der Ernährung eine übergeordnete Rolle spielen.

Meeresalgen können Wirkstoffe wesentlich besser speichern als Landpflanzen und sind reich an Mineralstoffen, Vitaminen, Aminosäuren, Spurenelementen und Proteinen. Sie dringen leicht in die Haut ein, wirken revitalisierend und remineralisierend, können aber auch die Durchblutung und die Zellerneuerung anregen.

Die Proteine der Algen versorgen die Hautzellen mit Energie und bilden einen Schutz vor dem Austrocknen. Produziert werden diese Algen in Photo-Bioreaktoren. Die heranwachsenden Algen nutzen das ihnen zur Verfügung gestellte CO2 und Sonnenlicht, um Photosynthese zu betreiben.

Von Tank zu Tank

Die Teilanlage des Bioreaktors, die vom Jumo-Engineering-Team automatisiert wurde, besteht aus mehreren Tanks, welche hintereinander angeordnet sind. Vor dem ersten Tank befindet sich ein Vorratsbehälter, in den über ein Magnetventil Frischwasser zugeführt wird. Aus diesem Vorratsbehälter wird das Wasser über ein weiteres Magnetventil in den ersten Tank zugeführt. Die Überläufe der Tanks sind kaskadiert angeordnet, sodass das Wasser von Tank zu Tank läuft.

Am Ende steht ein Auffangbehälter mit zwei Niveau-Schaltern. Am Auffangbehälter ist ein Ablauf in die tiefer liegende Rohrleitung angebracht. In dieser Leitung befindet sich die Messtechnik für den pH-Wert, die Leitfähigkeit, Trübung, Sauerstoff und Temperatur sowie die Umwälzpumpe. Diese Rohrleitung wird über eine Steigleitung wieder zurück in den ersten Tank geführt.

Ernte der Mikroalgen

In der Steigleitung sitzt die zweite pH-Messstelle. Zur Überwachung dieser Werte kommt das modulare Mehrkanalmessgerät Jumo Aquis Touch in Kombination mit dem digitalen Bussystem für die Flüssigkeitsanalyse Jumo DigiLine zum Einsatz. Die Leitfähigkeit wird über den Jumo Aquis 500 Ci, einen Messumformer für induktive Leitfähigkeit, Konzentration und Temperatur, kontrolliert. Darüber hinaus ist in die Lösung das Automatisierungssystem Jumo mTRON T eingebunden, das unter anderem die Ernte der Mikroalgen, das Befüllen der Tankanlagen und Vorratsbehälter sowie den Produktionsbetrieb steuert. In Letzterem wird die Regelung des pH-Werts, der Leitfähigkeit vom Automatisierungssystem übernommen. Der Beginn und das Ende der Ernte werden über die Messwerte Trübung und Sauerstoff geregelt. Die Bedienung der Anlage erfolgt nahezu zentral über ein Touchscreen-Multifunktionspanel des Jumo mTRON T. Dazu wurden von Jumo Standardbildschirme sowie individuelle Prozessbilder erstellt.

Über das Panel kann auch auf eine Datenregistrierung sowie eine Alarm- und Ereignisliste zugegriffen werden. Dazu wurden verschiedene Alarme, etwa bei Störung der Dosierpumpen oder Überschreitung von Messgrenzwerten, definiert. Über das Software-Tool Jumo-PCC werden die registrierten Daten direkt vom Jumo-mTRON-T-Multifunktionspanel abgerufen und können am PC ausgewertet werden. Die Jumo-PCC läuft auf einem firmeninternen PC oder Server und ruft die Daten des Multifunktionspanels zyklisch in einer einstellbaren Zeit ab.

Maßgeschneiderte Applikationen

Bei der Umsetzung der kompletten Anlage arbeitete Weber intensiv mit dem Engineering-Team von Jumo zusammen. Dieses entwickelt maßgeschneiderte Applikationen für eine Vielzahl von Branchen. Das sind zum Beispiel die Nahrungs- und Genussmittelindustrie, die Wasser- und Abwassertechnik, die Pharmabranche, die Heizungs- und Klimatechnik, die chemische Industrie oder der stark wachsende Bereich der erneuerbaren Energien.

Das Portfolio des Engineering-Teams ist umfangreich. Die Angebote reichen von grundlegenden Machbarkeitsanalysen über die Durchführung von Workshops, die Erstellung von Lasten- und Pflichtenheften bis hin zum kompletten Projektmanagement.

Umfangreiche Erfahrungen sind in der SPS-Programmierung, der Visualisierung und in der Netzwerktechnik vorhanden. Die Kundenapplikationen werden basierend auf Jumo-Produkten entwickelt und realisiert, und die Applikationen werden vor Ort in Betrieb genommen. Service- und Supportdienstleistungen sowie spezifische Schulungen runden das Paket ab.

FMB: Halle 20, Stand E47

Erschienen in Ausgabe: 07/2019
Seite: 50 bis 51