DIY Algenreaktor auf hohem Niveau

Algen
„Mir ging es bei diesem Projekt in erster Linie darum, für meine Studierenden pragmatische Laborversuche zu entwickeln, die meine Vorlesung begleiten“, so Piatek. „Algen kristallisierten sich sehr schnell als Lieblingsthema heraus“. Dabei betrachten die angehenden Ingenieurinnen und Ingenieure die Algen „durch die Energietechnikbrille“ und interessieren sich vor allem für die Energiebilanz der Algen. Die eingestrahlte Energie in Form von Licht sorgt zusammen mit Wasser und Co² dafür, dass Algen wachsen - es wird Biomasse erzeugt. Doch wie viel der Energie bleibt letzten Endes übrig, wenn die Algen geerntet sind?

Energie
Energie, die aufgewendet werden muss, um die Algen wachsen zu lassen, kommt klassisch aus dem Sonnenlicht. Im Labor kommen LED-Lampen zum Einsatz, um unter reproduzierbaren Bedingungen zu arbeiten. „Unsere Anlage steuert sich selbst – das Licht geht automatisiert aus und an“, erklärt Piatek. Auch hier müssen die Studierenden herausfinden, wie viel Licht und wie viel Dunkelheit die Algen optimal zum Wachsen bringt. Außerdem müssen sie Methoden entwickeln, um das Wachstum der Algen zu messen und zu berechnen. „Wir messen beispielsweise die optische Dichte“, so Piatek. „Wir fragen uns also: wie viel Licht kommt da durch – wie trüb ist das Wasser?“. Dazu haben sie ein Profigerät von Wissenschaftskollegen aus Bergedorf bekommen. Die optische Dichte lässt sich allerdings auch über ein selbst gebautes System messen: Mit Hilfe eines Fotosensors, der mit einem Raspberry Pi gekoppelt wurde. In regelmäßigen Abständen misst er die Lichtdurchlässigkeit der Algenflüssigkeit für verschiedene Wellenlängen. Zusätzlich werden frontal Fotos vom Reaktor gemacht und an den Rechner übermittelt.
Auch muss das Wasser ständig umgewälzt werden. Eine am Reaktor befestigte Aquariumpumpe pumpt automatisiert Luft ein, die durch UV-Licht sterilisiert wurde, und vermindert so, dass sich Algen ablagern. Da die Algen in ihrer Biomasse Co² speichern, muss dies ersetzt werden: Aus einer Sprudelkartusche wird entsprechend des pH-Wertes CO² zudosiert, um für ein ausgewogen basisch-saures Milieu zu sorgen. Auch hier mussten sich die Studierenden eine geeignete Methode überlegen und herausfinden, welche Menge für die Algen optimal ist.

Wie zählt man Algen?
Nach etwa zwei Wochen hat das Algenwachstum seinen Höhepunkt erreicht und es kann geerntet werden. Doch wie zählt man Algen? „Die Algen zählen wir mit einem Mikroskop und einer Neubauer Zählkammer, das ist ein spezielles Raster“, erklärt Piatek. Die Studierenden ermitteln, wie viele Algen sich in einem Quadrat des Rasters befinden und rechnen das Algenvolumen hoch.
Letzten Endes läuft alles auf die Frage hinaus, wie viel Energie in Form von Algen übrigbleibt. Prof. Piatek reicht ein kleines Plastikdöschen und schraubt den Deckel ab. Auf dem Boden des Döschens liegen trockene, dunkelgrüne kleine Fetzen, die fischig riechen. „Das sind getrocknete einzellige Algen, genannt Chlorella vulgaris“, erklärt Piatek. Man könnte sie als Nahrungsergänzungsmittel verkaufen. Sie enthalten Vitamin B12, das wichtig ist für viele Stoffwechselprozesse.
Man könnte auch herausfinden, wieviel Energie in ihnen steckt. Dafür könnte man sie verbrennen und den Temperaturanstieg durch die Wärmezufuhr messen. „Aktuell kommt nur wenige Prozent der Energie, die wir reingesteckt haben, hinten raus. Energetisch ist das Ganze aktuell Quatsch“, so Piatek. Allerdings bieten gerade Mikroalgen ein enormes Potenzial im Energiesektor, da diese extrem schnell wachsen und eine hohe Flächeneffizienz erreichen können.