Vier Köpfe für das Wohl der Algen
Bachelorstudenten leisten wertvollen Beitrag zur Bioreaktorforschung
Noch nicht 26 Jahre alt und schon Mitautor einer Publikation in einer namhaften wissenschaftlichen Zeitschrift – die Regel ist das sicherlich nicht. Ungewöhnlich hoher Einsatz, eine gute Gelegenheit, intensive Betreuung und unkomplizierte fachübergreifende Kooperation mussten zusammentreffen, damit vier Bachelorstudenten der FAU dies erreichen konnten. Als Rudolf Borchardt, Simon Scheiner, Peter Schweizer und Benjamin Seemann ins Masterstudium der Werkstoffwissenschaften starteten, hatten sie bereits wertvolle Beiträge zu einem Artikel in Nature Communications1) geleistet, der die verbesserte Aufzucht von Algen in Reaktoren thematisierte. Prof. Dr. Lothar Wondraczek zeichnete als Erstautor für die Publikation verantwortlich.
„Algen sind in vieler Hinsicht nützlich. Sie können Kohlendioxid abbauen, Biomasse als Energiequelle produzieren, Rohstoff für kosmetische Produkte und Medikamente liefern. Doch leider ist die Zucht noch aufwendig und teuer.“ Prof. Wondraczek, bis 2012 am Lehrstuhl für Glas und Keramik der FAU, heute an der Universität Jena tätig, hat sich vorgenommen, das Wachstum in Bioreaktoren dadurch zu beschleunigen, dass für die Photosynthese mehr verwertbares Licht bereitgestellt wird. Mit seiner vielseitigen Unterstützung hatte Xia Qi bereits zuvor darüber promoviert, ob Spinatpflanzen solche Fürsorge honorieren. Das gute Ergebnis legte es nahe, daran anzuknüpfen. Mit im Boot: der FAU-Lehrstuhl für Werkstoffe der Elektronik und Energietechnik von Prof. Dr. Christoph Brabec.
Was noch fehlte, waren Studierende, die sich um Details kümmerten. Bei einer Informationstreffen für Bachelorstudenten, in der es um Abschlussarbeiten ging, fanden die passenden Partner zueinander. „Wir kannten uns schon seit dem 1. Semester“, berichtet Peter Schweizer von sich und seinen Kommilitonen. 2011, kurz vor Schluss des Studienabschnitts, war die Möglichkeit zur Teamarbeit für sie genau das Richtige. Die Aufteilung in Einzelthemen – Reaktoren, Algenzucht, Leuchtstoffe, Quantenabsorptions-Theorie – wurde erst wichtig, als die schriftlichen Arbeiten abzugeben waren. Bis zu diesem Punkt waren die Studenten gemeinsam am Werk.
„Die Fantastischen Vier“, nennt Dr. Miroslav Batentschuk „seine“ Truppe mit unüberhörbarem Stolz. Der Privatdozent am Lehrstuhl von Prof. Brabec war Mitglied im Unterstützerkreis, einem recht großer Kreis im Übrigen. Mit dem damaligen Doktoranden Sebastian Kolikowski stand dem Team ein ständiger Ansprechpartner zur Seite. Dr. Barbara Klein steuerte Kenntnisse aus der Bioverfahrenstechnik bei, Dr. Peter Richter beriet in Fragen der Zellbiologie: Welche Algensorte sollte es sein, um allen Ansprüchen zu genügen – beweglich, robust, pflegeleicht und wachstumsfreudig? Eine unverzichtbare Hilfe kam von außerhalb der Wissenschaft: Peter Reinhardt, Werkstattmeister beim Lehrstuhl Glas und Keramik, baute den Reaktor.
Rote Reflexe aus der Grünlücke
Viel Platz nimmt ein solcher Test-Bioreaktor nicht ein: Drei Zentimeter Breite zwischen Scheiben aus Glas, dem am besten geeigneten Werkstoff, oder transparenten Kunststoffplatten. „Die sind günstiger und reichten für diesen Zweck aus“, führt Rudolf Borchardt an. Von vorn fällt Licht ein, welches Grünalgen ganz wie Pflanzen verwerten können. „Das Schöne daran ist, dass dies ganz der Natur entspricht“, freut sich Batentschuk. Der Clou der Anordnung ist ein auf der Rückseite aufgetragener Leuchtstoff. „Er wirft die Strahlung zurück, schickt sie also ein zweites Mal durch den Reaktor“, erläutert Benjamin Seemann. Alufolie verhindert, dass Lichtstrahlen entkommen.
Dasselbe Licht noch einmal – ist es nicht „ausgelaugt“, die enthaltene Energie verbraucht? Nicht vollständig, denn nur Wellenlängen aus dem roten und blauen Spektrum regen den Farbstoff Chlorophyll an. Der grüne Anteil bleibt ungenutzt. Fachleute sprechen von der „Grünlücke“. Doch Lichtwellen sind wandelbar. Dazu ist erneut ein Farbstoff nötig, diesmal eine leuchtende Substanz, die das grüne Licht einfängt und, wie eine mit winzigen Kristall-Facetten überzogene Fläche, rot widerspiegelt. Rotlicht deckt den Energiebedarf der Grünalgen besonders gut.
36 Prozent mehr Nachwuchs, 18 Prozent mehr Sauerstoff: Lässt man die Algen urteilen, ist ihr Votum uneingeschränkt positiv. Haematococcus pluvialis, die Blutregenalge, verdankt den Namen der Farbe ihrer Dauersporen. Die leuchtend roten Kreise sehen prachtvoll aus, doch den Algen geht es dann eher schlecht, und sie kapseln sich ein. Grüne Farbe aber zeugt von lebhafter Aktivität.
Inzwischen haben sich die Wege des einstigen Vierergespanns getrennt. Drei entschieden sich für Auslandsaufenthalte, während der vierte sofort ins Masterstudium einstieg. Anstelle des Worts „Algenaufzucht“ kommen Simor Scheiner heute Begriffe wie „selbstorganisierte Monolayer“ flüssig über die Lippen. Prof. Wondraczek setzt derweilen am Otto-Schott-Institut für Materialforschung in Jena die Forschungen zur Effizienz der Photosynthese in Reaktoren fort. Er ist überzeugt: „Wir können der natürlichen Nutzung des Sonnenlichts noch vieles abschauen.“
1) Lothar Wondraczek, Miroslaw Batentschuk, Markus A. Schmidt, Rudolf Borchardt, Simon Scheiner, Benjamin Seemann, Peter Schweizer, Christoph J. Brabec: Solar spectral conversion for improving the photosynthetic activity in algae reactors
Informationen für die Medien:
PD Dr. Miroslav Batentschuk
Tel.: 09131/85-27683
mirobat@ww.uni-erlangen.de