Nutzung von Mikroalgen in biotechnologischen Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssystemen: Untersuchungen zur photoautotrophen Langzeitkultivierung in Hochdurchsatz-Photobioreaktoren für die bemannte Raumfahrt
Harald Helisch
Zukünftige Pläne der Raumfahrtagenturen beinhalten bemannte Explorationen innerhalb unseres Sonnensystemes in den kommenden Jahrzehnten. Zur Realisierung kommt hierbei Lebenserhaltungssystem (LSS) eine zentrale Rolle zu. Da eine direkte Nachschubversorgung durch regelmäßige Transportflüge für bemannte Langzeitmissionen nicht zu realisieren sein wird, fokussiert sich die Forschung im LSS-Bereich auf die Weiterentwicklung regenerativer Aufbereitungstechnologien. Langfristiges Ziel ist hier die Entwicklung autark arbeitender Systeme via gezielter Schließung von Stoffkreisläufen. Neben aktuellen physikochemischen Verfahren, die hauptsächlich den O2- und H2O-Kreislauf schließen, bieten bioregenerative Technologien die Möglichkeit zur nachhaltigen Schließung mehrerer bisher unangetasteter Stoffkreisläufe, wie den Kohlenstoff- und Stickstoffkreilauf. Insbesondere bietet die photoautotrophe Kultivierung von Mikroalgen in geschlossenen Photobioreaktoren (PBR) die Möglichkeit anthropogene Abfallprodukte, wie CO2 oder Urin, hocheffizient stofflich aufzuwerten, indem sie daraus essbare und nahrhafte Biomasse synthetisieren. Im Rahmen von Langzeit-Raumfahrtmissionen stellt ein durchgehender Reaktorbetrieb eine elementare Voraussetzung für einen zuverlässigen und nachhaltigen Einsatz künftiger mikroalgenbasierter Aufbereitungssysteme dar. Hierfür muss sichergestellt sein, dass über längere Zeiträume hinweg die regenerative Komponente „Mikroalgenkultur“ ein hohes Produktivitätsniveau aufrecht erhält. In der vorliegenden Arbeit werden erstmals Langzeitkultivierungen von Mikroalgen in verschiedenen PBRs untersucht. Dies umfasst die Charakterisierung der Auswirkungen einer mehrjährigen Hochdurchsatzkultivierung auf relevante physiologische Eigenschaften der Mikroalgenkultur sowie die Entwicklung und Weltraumerprobung eines mehrmonatigen Kultivierungsprozesses für einen weltraumtauglichen Reaktorprototypen (μgPBR).
