Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit dem Mini-U-Boot durch den Bioreaktor

02.02.2015

Bioreaktoren kommen bei vielen energieintensiven Anwendungen zum Einsatz, zum Beispiel bei der Erzeugung von Biogas. Eine entscheidende Rolle spielt die gute Vermischung der eingesetzten Substanzen. Ob dies optimal abläuft, ist bislang aber eher unklar, da sich die Prozesse nur schwer ganzheitlich überwachen lassen. Häufig wird deshalb in die Anlagen zu viel Energie gepumpt.

In seiner Dissertation hat Dr. Sebastian Reinecke vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine Messsonde entwickelt, die als Mini-U-Boot auf eine Reise durch die Anlage geschickt wird. Am 30. Januar wurde er dafür mit dem SICK-Promotionspreis 2014, der mit 6.000 Euro dotiert ist, ausgezeichnet.


Mini-U-Boote für komplizierte Anlagen: Dr. Sebastian Reinecke konnte in seiner Dissertation autonome Messsonden für Bioreaktoren entwickeln.

HZDR

Auf den ersten Blick wirken sie wie die weiße Variante der Plastikbehälter aus Überraschungseiern. Anders als die klassischen gelben Container enthalten die Messsonden, die Sebastian Reinecke entworfen hat, allerdings kein Spielzeug, sondern moderne Sensorelektronik.

Dafür wurde dem Dresdner Forscher, der im vergangenen Jahr seine Doktorarbeit abgeschlossen hat, der SICK-Promotionspreis 2014 verliehen, den Dorothea Sick-Thies, die Tochter von Dr. Erwin Sick, dem Gründer des Sensorherstellers SICK AG, gestiftet hat. Denn nach Ansicht der Jury könnten die Sonden einen nachhaltigen Fortschritt für den Umweltschutz bewirken, indem sie zur Steigerung der Energieeffizienz von Bioreaktoren beitragen.

„Obwohl diese Anlagen für viele industrielle Prozesse seit Jahrzehnten eingesetzt werden, sind sie für uns eigentlich immer noch eine Black Box“, erläutert Reinecke. „Wir wissen nicht hinreichend genau, was sich bei den anfallenden Rühr- und Mischprozessen abspielt.“ Dabei hängt es maßgeblich von diesen Abläufen ab, ob die Reaktoren effizient betrieben werden. Nur wenn die aufgeprägte Fluidströmung alle Bereiche erfasst, werden sogenannte Totzonen vermieden.

In diesen Gebieten vermischen sich die Substanzen nur ungenügend, was zum Beispiel bei Biogasanlagen zu geringeren Ausbeuten führt. Durch die großen Dimensionen der Reaktoren, die tausende Kubikmeter umfassen, ist eine kontinuierliche Überwachung des Reaktionsvolumens im gesamten Behälter von außen jedoch schwierig.

Häufig wird deswegen für den Aufbau der Misch- und Belüftungstechnik auf Erfahrungswerte zurückgegriffen, „was natürlich nicht bedeutet, dass die Anlagen dadurch tatsächlich optimal ausgelegt sind“, wie Reinecke betont. In seiner Dissertation, die die Studienstiftung des deutschen Volkes gefördert hat, ging er dieser Frage nach.

Im vergangenen Jahr konnte er die Ergebnisse seiner Arbeit, die er bei Prof. Gerald Gerlach am Institut für Festkörperelektronik der TU Dresden sowie bei Prof. Uwe Hampel am Institut für Fluiddynamik des HZDR bzw. an der AREVA-Stiftungsprofessur für Bildgebende Messverfahren für die Energie- und Verfahrenstechnik der TU Dresden abgelegt hat, vorbringen. Um das Rätsel zu lüften, entwickelte der HZDR-Forscher Sensoren, die Einblicke in das Innenleben der Reaktoren ermöglichen.

Der Strömung auf der Spur

Die batteriebetriebenen, wasserdichten Messsonden, deren empfindliche Elektronik ein Polymer, wie es von PET-Flaschen bekannt ist, vor der rauen chemischen und mechanischen Umgebung schützt, werden dafür mit den Substanzen in die Anlagen geschleust. Da sie genauso schwer sind wie die Flüssigkeiten, die sie verdrängen, folgen die Geräte der Strömung, ohne sie zu beeinflussen. Während ihrer Reise durch die Reaktoren sammeln die Sensoren kontinuierlich Daten zur Temperatur, Eintauchtiefe und Beschleunigung.

Aus den Informationen können die Forscher, nachdem sie die Sonden wieder aus den Anlagen gefischt haben, Rückschlüsse auf die Dynamik der Strömung ziehen. „Daraus können wir ableiten, welche Zonen nur ungenügend durchmischt werden, was uns Ansatzpunkte liefert, um den Aufbau und die Betriebsweisen der Rührwerke bzw. der Belüfter, aber auch das Behälterdesign zu optimieren“, beschreibt Reinecke die Leistung seiner Sonden. „Langfristig wird dies schließlich die Effizienz der Anlagen steigern und Energie einsparen.“

Gerade dieser Punkt überzeugte die Jury des SICK-Promotionspreises. Denn die Auszeichnung wird für Dissertationen verliehen, die mit Messmethoden, Sensoren oder Messtechniksystemen zu einem nachhaltigen Fortschritt im Umweltschutz beitragen. Dies äußert sich beispielsweise in der Steigerung der Energie-, Material- und Ressourceneffizienz, der Reduzierung von Lärm oder der Minimierung von Schadstoffen.

SICK ist einer der weltweit führenden Hersteller von Sensoren und Sensorlösungen für industrielle Anwendungen. Das 1946 von Dr. Erwin Sick gegründete Unternehmen mit Stammsitz in Waldkirch im Breisgau nahe Freiburg zählt zu den Technologie- und Marktführern und ist mit mehr als 50 Tochtergesellschaften und Beteiligungen sowie zahlreichen Vertretungen rund um den Globus präsent. Im Geschäftsjahr 2013 beschäftigte SICK mehr als 6.500 Mitarbeiter weltweit und erzielte einen Konzernumsatz von 1.009,5 Millionen Euro.

Weitere Informationen:
Dr. Sebastian Reinecke
Institut für Fluiddynamik am HZDR
Tel. +49 351 260-2320 | E-Mail: s.reinecke@hzdr.de

Medienkontakt:
Simon Schmitt | Wissenschaftsredakteur
Tel. +49 351 260 3400 | E-Mail: s.schmitt@hzdr.de | www.hzdr.de

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie.
• Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
• Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
• Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
Das HZDR ist seit 2011 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Es hat vier Standorte in Dresden, Leipzig, Freiberg und Grenoble und beschäftigt rund 1.000 Mitarbeiter – davon etwa 500 Wissenschaftler inklusive 150 Doktoranden.

Weitere Informationen:

http://www.hzdr.de/presse/mini-u-boot

Simon Schmitt | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet
02.12.2016 | Universität zu Lübeck

nachricht Ohne erhöhtes Blutungsrisiko: Schlaganfall innovativ therapieren
02.12.2016 | Universität Duisburg-Essen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie