A Lattice Boltzmann Method for Light and Algae Simulations in Photobioreactors

Projektbeschreibung
Photobioreaktoren (PBR) haben in den letzten Jahren gezeigt, dass sie einen wichtigen Beitrag für die erforderliche Umstellung, von ölbasierten Materialen und Energieträgern, auf biobasierte Produkt leisten können. Mit ihrer Hilfe wird in großen Mengen CO2 neutrale Biomasse für Kraftstoffe oder für die Futterindustrie gewonnen, aber auch qualitativ sehr anspruchsvolle Feinchemikalien wie ungesättigte Fettsäuren und Carotinoide. Im Wettbewerb mit der traditioneller Produktion mangelt es PBR oftmals am effizienten Einsatz der gleichermaßen, kostenintensiven wie notwendigen, künstliche Beleuchtung und Durchmischung.

Ziele
Zentrale Fragen die in diesem Projekt beantwortet sollen, umfassen die Vorhersage der Lichtverteilung in PBR mittels innovativen Simulationsmethoden, aber auch die Analyse des Strömungsfeldes in komplexen Photobioreaktorgeometrien. Diese gewonnene Erkenntnis soll zum einen bei der Beurteilung herkömmlicher PBR einfließen und zum anderen die Auslegung von neuen schwammartigen PBR auf Simulationsseite unterstützen.

Ergebnisse
In der dynamischen Querstromfiltration wird ein Rotor eingesetzt, um eine Strömung tangential zur Filtermembran zu induzieren, um eine Verblockung dieser zu vermeiden. Eingesetzt wird dieses Verfahren zum Beispiel in der ProteinAufreinigung zu pharmazeutischen Zwecken. Das Ziel dieses Projektes ist es die Vorgänge innerhalb der Anlage, sowie die auf die Proteine wirkenden Kräfte zu untersuchen, da bei den benötigten Drehzahlen die Gefahr besteht das die Produkte zerstört werden.

Veröffentlichungen und Konferenzbeiträge:
Albert Mink, Mathias J. Krause
A 3D Lattice Boltzmann Method for Light Simulation in Participating Media (Konferenzbeitrag),
24th International Conference on Discrete Simulation of Fluid Dynamics, July 13-17, 2015, Edinburgh, Scotland.

Albert Mink, Mathias J. Krause
A Lattice Boltzmann Method for Light and Algae Simulations in Photobioreactors (Konferenzbeitrag),
PARTEC 2016 International Congress on Particle Technology, April 19-21, 2016, Nürnberg, Germany.

Albert Mink, Mathias J. Krause
Mesoscopic Modeling and Simulation of Algal Growth in Photobioreactors (Konferenzbeitrag),
13th International Conference for Mesoscopic Methods in Engineering and Science, July 18-22, 2016, Hamburg, Germany.