Infrastruktur & Labore

Ein zentraler Schwerpunkt unseres Forschungsprogramms ist Controlled Environment Agriculture (CEA, dt. Landwirtschaft unter kontrollierten Bedingungen) mit den Schwerpunkten Ressourcen- und Energieoptimierung, Entwicklung digitaler Zwillinge (mechanistische, hybride und KI-gesteuerte Modellierung), Bioverfahrenstechnik, integrierte Bioproduktion und intelligente Überwachungssysteme (einschließlich Fehlerdiagnose, Entwicklung von Soft-Sensoren und Sensor-Fusionsstrategien).

Unser Labor für Bioverfahrenstechnik ist mit fortschrittlichen Technologien ausgestattet, die die vor- und nachgelagerte Verarbeitung, die Biomasseproduktion im Labormaßstab und hochauflösende Analysegeräte umfassen:

Kultivierungs- und Bioprozesstechniksystemen

• Indoor-Vertikal-Farming-Einheiten für kontrollierte hydroponischen Pflanzenkultivierung und Umgebungsmodulationsexperimente
• Gerührter Bioreaktore im Labormaßstab (0,25 – 10 l) für heterotrophische Kultivierung von Mikroorganismen
• Photobioreaktor im Labormaßstab (2 l) und Hochdurchsatz-Parallel-Photobioreaktoren (10 – 25 ml) für Screening von phototropischen Organismen und Prozessoptimierung

Analytik

• Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) zur Profilierung von flüchtigen Verbindungen und online Analyse von Bioreaktorabgasen
• Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) zur Analyse von nicht-flüchtigen Metaboliten
• Nahtiefrot (NIR) Spektroskopie zur schnellen Analyse der Zusammensetzung von Makroelementen in Feststoffen und Biomasse-Slurrys
• Pulsamplitudenmodulation (PAM) Flurometer für Bestimmung von photosynthetischen Aktivitäten
• HACH-Lange Photometer für schnelle chemischen und Nährstofftests

Upstream Processing Infrastruktur

• Kugelmühle zum Zellaufschluss
• Trockenofen
• Sicherheitswerkbank Klasse II
• Autoklav zur Sterilisierung

Downstream Processing Infrastruktur

• Filtrationsysteme
• Gefriertrockner (Lyophilisator)
• Thermoschüttler zur kontrollierten Mischung und Inkubation
• Mehrere Zentrifugen zur Trennung von Biomassen und zur Probenvorbereitung

Verantwortliche Person: Morgan Emily Uland.

Um Möglichkeiten zur Kopplung der Produktion verschiedener Formen von Biomasse (z. B. Insekten, Pflanzen, Fische) mit Blick auf potenzielle industrielle Anwendungen zu untersuchen, haben wir mit dem Bau der CEA-Facility begonnen. An diesem Standort können wir alle mit der Biomasseproduktion verbundenen Input- und Output-Ströme kontrollieren und überwachen.

Diese Facility ist speziell für Biomasseproduktion im Pilotenanlagenmaßstab konzipiert und sie mit für diesen Zweck spezialisierten Geräten ausgestattet, einschließlich:

• Klimakammer für die Produktion von Biomassesorten inkl. Insekten, Pilzen und Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen
• Indoor-Vertikal-Farming-Einheiten für kontrollierte hydroponischen Pflanzenkultivierung und Umgebungsmodulationsexperimente
• Photobioreaktor-Anlagen (100 l) zur Kultivierung von Mikroalgen im Pilotenanlagenmaßstab
• Gepulste elektrischen Felder (engl. Pulsed electric Field oder PEF)-Anlage zur Behandlung von Flüssigkeiten und Feststoffen
• Ausrüstung für die Processing (z.B., filtern, sterilisieren) Prozesswasser in den Up- and Downstreams

Verantwortliche Person: Dr.-Ing. Felix Krujatz.

Die Professur verfügt über diverse Versuchsaufbauten und Ausrüstung. Diese umfassen beispielsweise:

• Kleinwerkstatt für Prototypenbau (Wachstumskammern, Bioreaktoren)
• 3D-Drucker (Creality CR10S)
• Pendel-Wagen-System (Quanser)
• Rotatorisches Pendel (Quanser)
• Magnetlagerung (Quanser)
• Sensorfahrzeug
• Praktikumsversuche für Zweitank, Temperaturregelung und Füllstandsregelung

Verantwortliche Person: Thomas Göhrt.

Die Professur verfügt über mehrere rechenstarke Ressourcen, um Aufgaben in den Bereichen künstliche Intelligenz, Bildverarbeitung und modellprädiktive Regelung zu bearbeiten. Dazu gehören:

• Eine Datenbank, angeschlossen an eine IoT Infrastruktur für eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle
• Rechenstarke Hardware welche für Datenauswertung, Optimierung, Computer Vision sowie diverse KI-Anwendung verwendet werden kann
• Zugang zu Industrie-Standard-Software wie Matlab und AutoCAD

Verantwortliche Person: Alexander Kobelski.