Die Dissertation beschäftigt sich mit der Untersuchung und Entwicklung definiert beleuchteter Photobioreaktorsysteme (klassische Systeme wie Schüttelkolben und Blasensäule als auch neuartige Konzepte) für reaktionskinetische Untersuchungen. Diese dienen zur Untersuchung des Einflusses des Lichts auf das Wachstum phototropher Organismen, als Modellorganismus wurde das Cyanobakterium Arthrospira platensis ausgewählt.

Diese Arbeit untersucht lastabtragende Klebungen unter ständiger Beanspruchung durch flüssige Medien und bewertet deren Potenzial für den konstruktiven Glasbau. Im Vordergrund steht zunächst die Frage, wie sich Klebverbindungen in ständiger Flüssigkeit verhalten. Welchen Einfluss haben statische und dynamische Beanspruchungen auf die Verbundeigenschaften? Und wie wirken sich unterschiedliche Lasteinwirkungsdauern aus? Ausgehend von diesen zentralen Fragestellungen wird ein umfangreiches Prüfprogramm mit zugehörigem Bewertungskonzept entwickelt und an zehn ausgewählten Klebstoffen angewendet. Experimentelle Kleinteilprüfungen bestimmen die mechanischen Kennwerte des reinen Klebstoffs nach Lagerung in flüssigen Medien. Weiterführend analysieren Verbundprüfungen den Einfluss flüssiger Medien auf die Verbundeigenschaften der Klebverbindung zum Fügepartner Glas. Das Prüfprogramm beinhaltet zudem kombinierte Prüfungen aus Wasserlagerung mit mechanischer Zug-Schwellbeanspruchung sowie Wasserlagerung mit gleichzeitiger Dauerbeanspruchung. Die gewonnenen Ergebnisse werden direkt auf das Referenzbeispiel eines plattenförmigen Photobioreaktors angewendet. Dieses Glaselement dient zur Kultivierung von Mikroalgen und ist zentraler Bestandteil einer neuartigen Bioenergiefassade. Im Inneren des Photobioreaktors befinden sich lastabtragende Klebverbindungen, die ständig dem flüssigen Kulturmedium ausgesetzt sind. Zwei dieser plattenförmigen Photobioreaktoren mit einer Höhe von 3,00 m werden realisiert und ihr Verhalten in verschiedenen Lastzuständen analysiert. Für die lastabtragenden Verklebungen im Innenraum wird der Vorzugsklebstoff aus den Kleinteilprüfungen verwendet. Die gesamte experimentelle Versuchsdurchführung begleiten numerische Simulationen. Die Arbeit liefert einen Beitrag zu lastabtragenden Klebver-bindungen mit ständiger Beanspruchung durch Flüssigkeiten. Die Ergebnisse aus Kleinteilprüfungen werden an einem Referenzbeispiel des konstruktiven Glasbaus praktisch umgesetzt und in Bauteilversuchen überprüft. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich auf andere Glaskonstruktionen mit kurzzeitig und dauerhaft flüssigen Beanspruchungen übertragen.:1 Einleitung 2 Bioenergiefassaden 3 Beanspruchungsanalyse 4 Versuchsplanung 5 Kleinteilprüfungen 6 Bauteilprüfungen 7 Berechnung und Dimensionierung 8 Diskussion 9 Zusammenfassung und Ausblick 10 Literatur / This doctoral thesis analyses load-bearing adhesives in glass constructions which are permanently immersed in fluid environments. In particular, the study focuses on the following key questions: How do structural adhesives behave during permanent fluid immersion? Does the failure mode during fluid exposition differ between static and dynamic load situations? And what are the effects of short- and long-term load durations on adhesive properties? In order to answer the stated research questions, experimental studies are executed. Additional numerical simulations accompany the entire test program. The paper distinguishes experimental studies on small-scale specimens and full-scale specimens. Initial tensile tests on small-scale specimens analyse the mechanical properties and their sensitivity towards ageing mediums. The test series evaluates the adhesive properties to glass under the influence of am-bient temperatures and liquid ageing mediums like water, base and acid solution as well as hydroxide peroxide solution. The small-scale tests also consider long-term creep tests and mechanical-cycle loading. The gathered results are evaluated against a set of selection criteria to identify the most suitable adhesive system out of the range of initially ten tested adhesive systems. Finally, the preferred adhesive system is applied on a full-scale reference example, which is a flat plate photobioreactor. Two photobioreactor panels with a height of 3,00 m are assembled and tested. The panel is part of a bioenergy facade that cultivates microalgae in the building skin. In general, the photobioreactor panel resembles an insulating glass unit. Deviating from conventional glazing systems its front and back glass panes are joint by inner structural adhesives. Since the panel is filled with algae medium its adhesive connections are immersed in liquid algae medium. In summary, the doctoral thesis deepens the current knowledge on adhesives in glass constructions under permanent fluid exposition. Research findings are applied on two operating photobioreactors made of glass. And finally, the gained results are promising for future glass construc-tions facing permanent fluid exposition.:1 Einleitung 2 Bioenergiefassaden 3 Beanspruchungsanalyse 4 Versuchsplanung 5 Kleinteilprüfungen 6 Bauteilprüfungen 7 Berechnung und Dimensionierung 8 Diskussion 9 Zusammenfassung und Ausblick 10 Literatur

Die Dissertation beschäftigt sich mit der Untersuchung und Entwicklung definiert beleuchteter Photobioreaktorsysteme (klassische Systeme wie Schüttelkolben und Blasensäule als auch neuartige Konzepte) für reaktionskinetische Untersuchungen. Diese dienen zur Untersuchung des Einflusses des Lichts auf das Wachstum phototropher Organismen, als Modellorganismus wurde das Cyanobakterium Arthrospira platensis ausgewählt.

Die Photobiotechnologie nutzt photosynthesegetriebene Bioprozesse zur nachhaltigen Synthese von Wertstoffen und Energieträgern. Diese Bioprozesse rücken vor allem durch die stoffliche Nutzung von CO2 als Kohlenstoff- und Licht als regenerative Energiequelle in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Trotz der enormen Vielfalt von geschätzten 500.000 Algenspezies werden zurzeit nur ca. 15 Mikro- und 220 Makroalgen technisch genutzt. Dieser Umstand ist u.a. dem geringen Prozessverständnis und den spezifischen Anforderungen der photobiotechnologische Prozesse an die technischen Systeme geschuldet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Kultivierungssysteme für die photosynthetisch aktiven Mikroorganismen Rhodobacter sphaeroides DSM158, Chlamydomonas reinhardtii 11.32b und Chlorella sorokiniana UTEX1230 entwickelt und evaluiert. Die photofermentative Wasserstoffproduktion mittels R. sphaeroides DSM158 erfolgte in einem eigens dafür konzipierten gerührten Halogen-Photobioreaktor durchgeführt. Im Satzbetrieb wurde der Einfluss des volumetrischen Leistungseintrages (P0/VL) und der mittlere Bestrahlungsstärke (I0) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass R. sphaeroides DSM158 bei einer durchschnittlichen I0 von 2250 W m-2 und einem P0/VL von 0,55 kW m-3 im Satzbetrieb eine maximale Wasserstoffproduktionsrate (rH2) von 195 mL L-1 h-1 erzielt. Das Reaktorsystem wurde mittels optischer Ray Tracing Simulation, einer empirischer Simulation der Strahlungsverteilung und Computational Fluid Dynamics (CFD) charakterisiert, um die Prozessbedingungen für R. sphaeroides DSM158 zu analysieren. Der photofermentative Prozess wurde in ein kontinuierliches Verfahren überführt, welches unter optimalen Bedingungen von I0 = 2250 W m-1, einer Durchflussrate von 0,096 h-1 und einem C:N-Verhältnis von ca. 22,5 eine rH2 von 170,5 mL L-1 h-1 lieferte. Für Mikroalgen wurden Kultivierungssysteme für Suspensions- und immobilisierte Kulturen entwickelt und charakterisiert. Zur Kultivierung immobilisierter Mikroalgen wurde die Methode des Green Bioprinting etabliert, die auf der 3D-Bioprinting Technologie des Tissue Engineerings beruht. Bei diesem Verfahren werden Algenzellen über einen Extrusionsprozess in ein strukturiertes Hydrogel eingebettet. In vergleichenden Studien zum Wachstum in Suspensionskulturen konnte gezeigt werden, dass die Hydrogelumgebung ideale Bedingungen für das photoautotrophe Wachstum und die Zellviabilität von C. reinhardtii 11.32b und C. sorokiniana UTEX1230 liefert. Der MicrOLED-Bioreaktor bezeichnet ein miniaturisiertes Flat-Panel-Airlift (FPA)-Bioreaktor-system mit 15 mL Arbeitsvolumen und nichtinvasiver optischer Prozessüberwachung in Bezug auf zellspezifische Parameter (Zelldichte und Fluoreszenz) und Suspensionsparameter (pH, dO2 und dCO2). Hydrodynamische Untersuchungen der miniaturisierten FPA-Kultivierungskammer zeigten vergleichbare und damit skalierbare Eigenschaften zu Labor- und Produktions-FPA-Bioreaktoren. Im Zuge des MicrOLED-Bioreaktors wurden erstmals organische Leuchtdioden für den Einsatz in Photobioreaktoren verwendet und charakterisiert. Die geometrisch komplexen Bioreaktorkomponenten wurden mittels additiver Fertigungstechnologien aus Polyamid hergestellt und erlauben die Integration der optischen Elemente zur Überwachung des Bioprozesses in Echtzeit.

Mikroalgen bieten eine hohe Variation unterschiedlichster Wertstoffe. Hochwertige Lipide, wie Omega-3- Fettsäuren, oder Antioxidantien, wie Astaxanthin und Phycocyanin, werden schon heute in großen Mengen aus Mikroalgen gewonnen. Um diese und weitere Stoffe auf dem europäischen Markt anbieten zu können, sind unterschiedliche Normen und Regelungen zu beachten. Die Einhaltung von Normen und Regelungen wird mit Zertifizierungen bestätigt. Dieser Praxisleitfaden bietet einen ersten Einstieg für alle, die in das Feld der zertifizierten Mikroalgenproduktion eintreten wollen. Er gibt einen Überblick über geltende Regelungen verschiedener Ziel-Märkte und damit verbundene Maßnahmen der Qualitätssicherung. Weiterhin werden detaillierte Checklisten sowie Muster für Standardarbeitsanweisungen und Prozessbeschreibungen (via Prozess-Turtle) zur Verfügung gestellt.:Kurzinformationen Einführung Unternehmensorganisation und Qualitätsmanagement Absatzmärkte, Normen und Verordnungen für Herstellung und Vertrieb von Mikroalgen Ausgewählte Vorschriften für zertifizierte Mikroalgenproduktion Handlungsempfehlung für die Erfüllung von GMP-Anforderungen Typische Standardarbeitsanweisungen Planung von Audits Zusammenfassung

Die Photobiotechnologie nutzt photosynthesegetriebene Bioprozesse zur nachhaltigen Synthese von Wertstoffen und Energieträgern. Diese Bioprozesse rücken vor allem durch die stoffliche Nutzung von CO2 als Kohlenstoff- und Licht als regenerative Energiequelle in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Trotz der enormen Vielfalt von geschätzten 500.000 Algenspezies werden zurzeit nur ca. 15 Mikro- und 220 Makroalgen technisch genutzt. Dieser Umstand ist u.a. dem geringen Prozessverständnis und den spezifischen Anforderungen der photobiotechnologische Prozesse an die technischen Systeme geschuldet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Kultivierungssysteme für die photosynthetisch aktiven Mikroorganismen Rhodobacter sphaeroides DSM158, Chlamydomonas reinhardtii 11.32b und Chlorella sorokiniana UTEX1230 entwickelt und evaluiert. Die photofermentative Wasserstoffproduktion mittels R. sphaeroides DSM158 erfolgte in einem eigens dafür konzipierten gerührten Halogen-Photobioreaktor durchgeführt. Im Satzbetrieb wurde der Einfluss des volumetrischen Leistungseintrages (P0/VL) und der mittlere Bestrahlungsstärke (I0) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass R. sphaeroides DSM158 bei einer durchschnittlichen I0 von 2250 W m-2 und einem P0/VL von 0,55 kW m-3 im Satzbetrieb eine maximale Wasserstoffproduktionsrate (rH2) von 195 mL L-1 h-1 erzielt. Das Reaktorsystem wurde mittels optischer Ray Tracing Simulation, einer empirischer Simulation der Strahlungsverteilung und Computational Fluid Dynamics (CFD) charakterisiert, um die Prozessbedingungen für R. sphaeroides DSM158 zu analysieren. Der photofermentative Prozess wurde in ein kontinuierliches Verfahren überführt, welches unter optimalen Bedingungen von I0 = 2250 W m-1, einer Durchflussrate von 0,096 h-1 und einem C:N-Verhältnis von ca. 22,5 eine rH2 von 170,5 mL L-1 h-1 lieferte. Für Mikroalgen wurden Kultivierungssysteme für Suspensions- und immobilisierte Kulturen entwickelt und charakterisiert. Zur Kultivierung immobilisierter Mikroalgen wurde die Methode des Green Bioprinting etabliert, die auf der 3D-Bioprinting Technologie des Tissue Engineerings beruht. Bei diesem Verfahren werden Algenzellen über einen Extrusionsprozess in ein strukturiertes Hydrogel eingebettet. In vergleichenden Studien zum Wachstum in Suspensionskulturen konnte gezeigt werden, dass die Hydrogelumgebung ideale Bedingungen für das photoautotrophe Wachstum und die Zellviabilität von C. reinhardtii 11.32b und C. sorokiniana UTEX1230 liefert. Der MicrOLED-Bioreaktor bezeichnet ein miniaturisiertes Flat-Panel-Airlift (FPA)-Bioreaktor-system mit 15 mL Arbeitsvolumen und nichtinvasiver optischer Prozessüberwachung in Bezug auf zellspezifische Parameter (Zelldichte und Fluoreszenz) und Suspensionsparameter (pH, dO2 und dCO2). Hydrodynamische Untersuchungen der miniaturisierten FPA-Kultivierungskammer zeigten vergleichbare und damit skalierbare Eigenschaften zu Labor- und Produktions-FPA-Bioreaktoren. Im Zuge des MicrOLED-Bioreaktors wurden erstmals organische Leuchtdioden für den Einsatz in Photobioreaktoren verwendet und charakterisiert. Die geometrisch komplexen Bioreaktorkomponenten wurden mittels additiver Fertigungstechnologien aus Polyamid hergestellt und erlauben die Integration der optischen Elemente zur Überwachung des Bioprozesses in Echtzeit.