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projects:algae:algae:start [2022/04/01 07:13] lukas |
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+ | =====Mikroalgen: | ||
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+ | ====Einführung und Einordnung in das Projekt Cross Innovation Lab Niederrhein (XI Lab) - Algen im Gewässerschutz und in der Ressourcenrückgewinnung==== | ||
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+ | Über Recherche und Gesprächen mit Vertretern von Organisationen wie des Forschungszentrums Jülich, der technischen Hochschule Mittelhessen, | ||
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+ | Mikroalgen wachsen mit Hilfe von Licht und CO2 und besitzen die Fähigkeit sich sowohl über organischen als auch anorganischem/ | ||
+ | Auf diese Weise soll der regionale Diskurs über das Potenzial von Algen vorangetrieben werden, so wie regionales Wissen über die Kultivierung und die Potenziale der ‘Wasserpflanze’ zu verbessern und somit Diskussionen, | ||
+ | Der Open Pond Reaktor soll als einer der Demonstratoren entwickelt werden, der seinen Ursprung im übergeordneten Projekt Cross Innovation Lab Niederrhein hat. | ||
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+ | Der nächste Abschnitt dient der Erklärung der Zusammenhänge mit den regionalen roten Gebieten. | ||
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+ | ====Problemstellung Nitrat und Phosphorbelastung im Grund- und Oberflächengewässer==== | ||
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+ | In Gesprächen mit verschiedenen Interessenvertretern aus Landwirtschaft, | ||
+ | Die Nitratbelastung in einigen Gebieten am Niederrhein überschreitet den Grenzwert von 37,5mg/L und kamen dem Wert von 50mg/L Grundwasser, | ||
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+ | Stand 8.2.21 Kulisse Nitratbelastete Gebiete (Quelle: LANUV, Wochenblatt für Landwirtschaft und Landleben, | ||
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+ | Das Thema Phosphorrückgewinnung ist mittlerweile ebenfalls ein Thema politischer Debatten und Gesetzesentwürfe geworden. So müssen Kläranlagen beispielsweise bis 2029 beziehungsweise 2032 nachweislich Phosphorrecycling betreiben. Warum das? Das Problem liegt darin, dass man von einem Schwund der Phosphorminenvorkommnisse in den nächsten 100 – 300 Jahren ausgeht, die Prognosen schwanken. Doch warum ist das jetzt schon ein Problem? Das liegt daran, dass die Vorkommnisse punktuell auf der Welt verteilt sind. In Ländern wie Deutschland, | ||
+ | von Kulturpflanzen unter freiem Himmel eine Phosphorüberlastung von Oberflächengewässern nach sich ziehen, was wiederum zur Eutrophierung von diesen Gewässern führen kann. Das heißt es entsteht eine Algenblüte, | ||
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+ | ====Warum können Mikroalgen eine Lösung darstellen? | ||
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+ | Ziel des XI-Lab Teams ist es einen funktionierenden Demonstrator aufzubauen. Das bedeutet in diesem Fall einen offenen Algenpool, der möglichst viel Biomasse in möglichst kurzer Zeit erzeugt. Bereits bekannt ist, dass Algen als Nahrungsmittel, | ||
+ | Zusätzliche Studien, die durchgeführt werden können, falls Interesse besteht, wären also beispielsweise das Potenzial der Algen als Düngermittel, | ||
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+ | ====Weiter Potenziale von Algen==== | ||
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+ | Zur Thematik Algen als Bio-Dünger gibt es erste Befunde. Ein Versuch des Forschungszentrums Jülich dokumentierte beispielsweise ein Pflanzenwachstum bei mit Algendünger behandeltem Weizen, das 81-90% des Wachstums von mit Mineraldünger behandeltem Weizen entspricht. Dies ist der Fall für in „NullErde“ wachsenden Weizen (Schreiber et al., 2018). Um preislich mit Mineraldünger mitzuhalten dürfte die Produktion von Algen jedoch nur wenige Cent/kg(DM) kosten. Das ist zurzeit jedoch nicht realisierbar (Schreiber et al., 2018). Daher muss die Produktion der Algen andere Nutzen mit sich bringen, wie zum Beispiel die Rückgewinnung von Ressourcen wie Phosphor aus Abwässern. Andere interessante mögliche Potenziale von Algen, gezüchtet in Open Pond Systemen, sind zum Beispiel das Zusammenspiel von Algen und Bakterien, die möglicherweise eine Verbesserung des Pflanzenwachstums von Nutzpflanzen nach sich ziehen. | ||
+ | Nicht nur die Nährstoffe und die begleitenden Bakterien sind von Interesse, sondern auch der Eintrag von Kohlenstoff in den Boden, wenn mit Algenbiomasse gedüngt wird; in ärmeren Substraten kann dies zu einer Verbesserung der Bodenbedingungen beitragen. Dies sind aber längerfristige Prozesse, deren Betrachtung über den Fokus dieser Arbeit hinausgeht (die aber beispielsweise von Interesse für die Forschung an organischen Bodenzuschlagstoffen und der Bildung von Boden aus Substraten sind); für die direkte Nutzung im Gewächshaus eher von minderer Relevanz. Dies sind Beispiele von Potenzialen, | ||
+ | Beispiele von Institutionen und Firmen, die an Algen forschen oder mit Ihnen arbeiten sind das Forschungszentrum Jülich (Potenziale in der Abwasserreinigung und als Pflanzendünger, | ||
+ | Um die Frage zu klären, wie effektiv die Algen bei der Phytoremediation (/auch Phytosanierung) von Gewässern sind und eventuell auch andere Fragen zu klären, werden Partner aus Praxis und Wissenschaft, | ||
+ | Zweites Ziel ist dementsprechend: | ||
+ | Zusammenfassend: | ||
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+ | ====Materialliste==== | ||
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+ | Zunächste stellten wir im Team eine Liste zusammen, die die allernötigsten Bauteile beschrieb. Im Verlauf der Arbeit kamen einige weitere Bauteile hinzu. Andere brauchten wir dafür nicht in dem AUsmaß, wie zunächst vermutet. | ||
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+ | Grundlegend werden Wasser- und Luftpumpen für das Befüllen des Ponds und das Zirkulieren des Wassers besorgt. Elektromotoren werden benötigt für das Betreiben eines Paddle Wheels, PVC (Teich-)Folie für das Fundament der Ponds. Für den Fall, dass die Lichtintensität nicht ausreichend ist, halten wir LED Leuchten auf Lager. An Sensorik bringen wir pH-Sensoren, | ||
+ | Die Algenspezies, | ||
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+ | ====Workflow==== | ||
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+ | Vorab ist es wichtig zu sagen, dass wir eine Art von offenem Algenbecken gebaut haben, der aber nicht den ANspruch hat der einzige zu sein, der zur Kultivierung von Algen oder zur Klärung von Wasser geeignet ist. Wir haben das Raceway-Modell gewählt, da es prinzipiell einfach zu rekonstruieren und auszustatten ist. | ||
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+ | Für den portablen Prototyp haben wir zunächst ein Fundament gebaut mit zwei Europaletten als Basis, darauf eine Spanplatte und einem Gerüst aus Holzbalken: | ||
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+ | Um später eine Zirkulation im Becken erzeugen zu können, haben wir die Ecken mit angesägten Steropor Stücken ausgestattet. | ||
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+ | Ausgekleidet haben wir das Becken danach mit einem Fließ, dass Schäden am Steropor verhindern soll. | ||
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+ | Für die Auskleidung des Beckens haben wir eine PVC Teichfolie besorgt. Diese passend und adequat in das Becken einzufügen hat sich als schwieriger herausgestellt als angenommen. Daher hat einer der FabLab Ingenieure es übernommen entsprechende Einschnitte in das Folienmaterial zu machen. | ||
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+ | Verklebt haben wir die Ecken mit Schweißkleber, | ||
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+ | Von außen haben wir den Pool mit Holz verkleidet. | ||
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+ | Und dieses weiß angestrichen (das Auge isst mit). In die Mitte haben wir eine Trennwand eingelassen, | ||
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+ | Ein Paddlewheel, | ||
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+ | Probelauf mit Pappe: | ||
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+ | Plexiglass-Version: | ||
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+ | Per CAD-Design und 3D Druck haben wir eine Halterung für die Schauffelräder (" | ||
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+ | Die nötigen Algen wurden vom Projektmitarbeiter und Agrarwissenschaftler Lukas Kahlau gezüchtet, der ebenfalls einen ersten Protoyp für die Überwachung von Parametern in der Algenkultivierung baute (ph-Wert, Temperatur, Trübigkeit und gelöster Dünger). | ||
+ | Siehe: | ||
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+ | {{youtube> | ||
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+ | Tobias Poppe entwarf ein Parameterüberwachungsmodul mit Zugriff auf Aktorik, wie Pumpen, Schauffelrad und Wärmezufuhr. | ||
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+ | ====Transfer der Idee in die Region==== | ||
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+ | Um die Idee in die Region zu tragen, wurde am 30.11.2021 eine Online Konferenz mit der in Mikroalgenforschung erfahrenen Biologin Dr. Kuchendorf des Forschungszentrums Jülich durchgeführt. Dabei waren KMUs, Wirtschaftsvertreter und Wissenschaftler der Region, die über Einsatzmöglichkeiten | ||
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+ | Siehe: [[https:// | ||
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+ | Nach der Informationsveranstaltung wurde ein kurzer Workshop durchgeführt (" | ||
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+ | Einige der Ergebnisse waren beispielsweise Folgende: | ||
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+ | ====Präsentation des fertigen Pools und der Idee bei der Messe " | ||
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+ | Live vorstellen konnten wir die Fertigungsmöglichkeiten des FabLabs, unser Vertical Farming Projekt und unseren Algen " | ||
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+ | Ahmed Abdellatif und Omed Abed stellen das Vertical Farming Projekt vor. Lukas Kahlau und Tobias Poppe stellen den Algenpool und die zugehörigen IoT Funktionen vor. | ||
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+ | ====Referenzen==== | ||
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+ | Bialon, J.J., 2017. Modelle für Die Wachstumsraten Von Chlorella Vulgaris bei UNTERSCHIEDLICHEN Photonenabsorptionsraten und Lichtspektren. Startseite. Available at: https:// | ||
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+ | Biorizon Biotech. 2021. Biorizon Biotech. [online] Available at: < | ||
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+ | Eichenauer, S., 2021. Forschung. [online] Thm.de. Available at: < | ||
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+ | Fz-juelich.de. 2021. Forschungszentrum Jülich - Alternative Biomass. [online] Available at: < | ||
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+ | Grover, M., Bodhankar, S., Sharma, A., Sharma, P., Singh, J. and Nain, L., 2021. PGPR Mediated Alterations in Root Traits: Way Toward Sustainable Crop Production. Frontiers in Sustainable Food Systems, 4. Netz, H., n.d. Die Phosphor-Krise - NABU. [online] NABU - Naturschutzbund Deutschland e.V. Available at: < | ||
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+ | Schreiber, C., Schiedung, H., Harrison, L., Briese, C., Ackermann, B., Kant, J., Schrey, S., Hofmann, D., Singh, D., Ebenhöh, O., Amelung, W., Schurr, U., Mettler-Altmann, | ||
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+ | Planung für die Ausführung von Versuchen in Gewächshäusern: | ||
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