Водоросли – это маленькие спасители климата. Даже в своем естественном состоянии они являются чрезвычайно эффективными фотосинтезаторами и поглощают в десять раз больше углекислого газа (co₂), чем наземные растения. В биореакторах, оснащенных соответствующими датчиками, технологией управления и автоматикой, эффективность использования водорослей может быть увеличена в сто раз по сравнению с наземными растениями. Это показывает, что они обладают значительным потенциалом для создания климатически нейтральной экономики замкнутого цикла. С помощью проекта по исследованию фотобионических клеток Festo продемонстрировали на Ганноверской выставке потенциальный подход к промышленной биологизации завтрашнего дня.
Значительный вклад в улучшение качества жизни
Наш мир меняется в беспрецедентной степени. Население земли растет, и последствия изменения климата уже ощущаются. У нас будет благоприятное для жизни будущее только в том случае, если люди, животные и растительный мир будут жить в гармонии. Вот почему в Festo мы считаем биоэкономику экономической системой будущего.
“Наша цель – внести значительный вклад в улучшение качества жизни сегодняшнего и будущих поколений путем широкомасштабного выращивания биомассы с использованием нашей автоматической технологии”, – говорит доктор Элиас Кнуббен, вице-президент по корпоративным исследованиям и инновациям.
Биология как источник вдохновения: фотосинтез водорослей
Команда биоников теперь также более пристально изучает фотосинтез. На выставке Hannover Messe 2022 компания Festo предоставила проект Photo Bionic Cell в качестве примера промышленной биологизации. С помощью инновационного фотобиореактора можно автоматически выращивать водоросли и контролировать их рост. Фотосинтез водорослей: клетки водорослей посредством фотосинтеза в своих хлоропластах преобразуют солнечный свет, углекислый газ и воду в кислород и химические энергоносители или органические материалы, пригодные для вторичной переработки. С помощью технологии автоматизации от Festo, например для оптимального газообразования и перемешивания водоросли могут поглощать в сто раз больше углекислого газа, чем наземные растения, такие как деревья или кукуруза.
Биологическая переработка для получения конечных продуктов, нейтральных к климату: лекарств, продуктов питания, пластмасс или косметики
В рамках своих метаболических процессов водоросли вырабатывают жирные кислоты, цветные пигменты и поверхностно-активные вещества. Они могут быть использованы в качестве сырья для производства лекарств, продуктов питания, пластмасс или косметики. В отличие от продуктов на основе нефти, конечные продукты на биологической основе обычно поддаются биологическому разложению и, в соответствии с общей циклической экономикой, всегда перерабатываются климатически нейтральным способом. Например, для изготовления контейнера для шампуня требуется около одного литра бензина. Если после использования флакон с шампунем сжечь, в нем выделится дополнительно три килограмма CO₂ и, таким образом, баланс CO₂ будет отрицательным. Если вместо этого использовать биопластик на основе водорослей, поглощается три килограмма CO2, который снова выделяется при утилизации бутылки. Таким образом, цикл находится в равновесии.
Эффективный фотосинтез в высокотехнологичном биореакторе
Во время своей работы над фотобионной ячейкой исследователи сосредоточились на культивировании сине-зеленых водорослей Synechocystis. Они производят цветные пигменты, омега-3 жирные кислоты и полигидроксибутират (PHB). Когда этот PHB извлечен, его можно обработать, добавив другие вещества, и использовать, например, в 3D-печати.
Основная проблема для биореакторов заключается в том, как точно определить объем биомассы. Для этого Festo использует датчик квантовой технологии, поставляемый стартапом Q.ANT. Он возвращает точную информацию о росте организмов в режиме реального времени. Используя микрофлюидные устройства, такие как насосы, для точного контроля мельчайших объемов жидкости, водоросли автоматически и непрерывно закачиваются в квантовый датчик. Квантовый датчик способен оптически анализировать отдельные клетки, чтобы можно было точно определить количество биомассы. Кроме того, он использует искусственный интеллект (ИИ) для проверки клеток на предмет их жизнеспособности. Только тогда возможно предвидеть события процесса и реагировать на них, а также осуществлять контролируемое вмешательство.
Фотосинтез водорослей: программные решения для цифровой лаборатории
До сих пор многие лабораторные анализы проводились вручную. Это происходит медленно и может привести к ошибкам. Автоматизация таких лабораторных систем в будущем позволит считывать все необходимые данные напрямую и в режиме реального времени.
Для достижения этой цели для фотобионической ячейки используется программное обеспечение собственной разработки. Панель мониторинга позволяет отображать несколько фотобиореакторов с текущими данными и изображениями в реальном времени. Изменения параметров и соответствующие оценки могут производиться круглосуточно и даже удаленно. Таким образом, пользователи могут в любой момент отреагировать на изменения в биореакторе и, например, начать сбор продукта в оптимальное время.
Искусственный интеллект для дальнейшей оптимизации
Разработчики из Festo также используют искусственный интеллект для оценки данных. Это позволяет оптимизировать биореактор для размножения культур водорослей или поддерживать заданные параметры роста при минимальных затратах энергии.
Festo – глобальный игрок и независимая семейная компания со штаб-квартирой в Эсслинген-ам-Неккаре, Германия. С момента своего основания Festo устанавливает стандарты в области технологий промышленной автоматизации и технического образования, внося тем самым вклад в устойчивое развитие окружающей среды, экономики и общества.
Дополнительная информация о:
