Verbesserte Mikroalgenabscheidung durch metastabilen Schaum in der Flotation

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sascha Heitkam, seit 9/2023
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502434290

Algenzüchtung hat in den letzten Jahrzehnten viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, nicht nur wegen ihrer erfolgreichen Anwendung zur sauberen Energieerzeugung und Abwasseraufbereitung, sondern auch, weil sie ein enormes Potenzial für die Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie gezeigt haben. Eine große Herausforderung bei der Algenanwendung ist jedoch die effiziente Abtrennung aus den Kulturmedien. Bisher wurden verschiedene Verfahren wie Filtration, Zentrifugation, Schwerkraftsedimentation und Flotation mit verschiedenen Vor- und Nachteilen eingesetzt. Die Flotation erscheint jedoch aufgrund ihrer geringeren Kosten und der Möglichkeit, sich auf große Maßstäbe auszudehnen, vielversprechend. Bei der Algenflotation werden der Lösung Sammler-Tenside zugesetzt, die die Algenoberfläche hydrophob machen. Anschließend werden kleine Luftbläschen in die Lösung eingebracht, die an den hydrophobierten Algen anhaften und sie zur Oberfläche des Behälters transportieren. Dort bildet sich ein Schaum, aus dem die Flüssigkeit abläuft und eine hohe Algenkonzentration erreicht wird. Trotz vieler veröffentlichter Arbeiten zur Algenflotation wurde das Algenverhalten im Schaum noch nicht untersucht. Dabei ist die Schaumstabilität ein wichtiger Faktor bei der Flotation. Das Projekt zielt auf eine effiziente Gewinnung von Mikroalgen mittels Flotation ohne Einsatz von gefährlichen Schadstoffen im Einklang mit Lebensmittel- und Pharmarichtlinien. Wir konzentrieren uns zunächst darauf, eine gute Algenadsorption an den aufsteigenden Blasen zu erreichen, indem wir die Grenzflächeneigenschaften der gebildeten Sammler-Algen-Komplexe im Detail untersuchen, um die Zusammensetzung der Algensuspension einzustellen. Anschließend gestalten wir die Schaumzone so, dass ein metastabiler Schaum entsteht, um die Drainage zu maximieren und so die Algenkonzentration im Extrakt zu erhöhen. Ein metastabiler Schaum ist stabil genug, um über das Wehr zu fließen. Es tritt jedoch eine schnelle Koaleszenz auf, die die Blasengröße in der Säule erhöht. Die größeren Blasen an der Oberseite beschleunigen das Abfließen der Flüssigkeit. Zur präzisen Formulierung eines metastabilen Algenschaums untersuchen wir den Einfluss von Algen auf die Filminstabilität an einer einzelnen Lamelle. Dabei werden die Dynamik der Filmausdünnung und die Statistik des Filmrisses in Anwesenheit von Algen in einem gut kontrollierten System untersucht. Anschließend untersuchen wir die Schaumstabilität durch dynamische Schaumanalyse, bei der die Flüssigkeitsdrainage und die Blasenkoaleszenz mit der Zeit gemessen werden. Die Ergebnisse der Film- und Schaumanalyse liefern ein Modell der Schaumstabilität in Abhängigkeit von Algenkonzentration, Tensidkonzentration, Flüssigkeitsanteil und Schaumalter. Das Modell wird in eine Modellierung des Flotationsprozesses integriert, um die Betriebsparameter hinsichtlich der optimalen Entwässerung und Koaleszenz abzustimmen, und damit die maximale Ausbeute und Reinheit zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Wiebke Drenckhan, Ph.D.
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Behnam Keshavarzi, bis 8/2023