CICA - Chlorella in circular aquaculture

Ausgangssituation/Motivation

Um die steigende Weltbevölkerung zu ernähren, muss sich die Aquakultur bis 2040 mindestens verdoppeln - von 106 Millionen Tonnen auf über 250 Millionen Tonnen. Die Sicherung der Nahrungsmittelproduktion wird eines der größten Probleme der Zukunft sein.

Die erforderliche rasche Entwicklung der Aquakultur, die als "blaue Revolution" bezeichnet wird, geht jedoch mit einer Vielzahl von Umweltproblemen einher, wie der Zerstörung von Lebensräumen, Wasserverschmutzung, Eutrophierung, biotischer Verarmung und dem Ausbruch von Krankheiten. Das österreichische KMU Blue Planet Ecosystems GmbH entwickelt ein neuartiges Produkt, das LARA-System (Land-based Automated Recirculating Aquaculture; Abbildung 1) und verwandelt darin nachhaltig Sonnenlicht in Fisch.

Inhalte und Zielsetzungen

Projekt CICA ermöglicht die detaillierte Untersuchung von Fischabwässern und deren Behandlung durch Algenkultivierung, sowie die Konstruktion der ersten LARA-Einheit, des Photobioreaktors. Wir werden 

1. die Variabilität des Fischabwassers in Abhängigkeit von Kultivierungsparametern untersuchen, 
2. welche analytischen Instrumente die Mindestvoraussetzung für die Messung und Quantifizierung der Bestandteile des Fischabwassers sind, 
3. ob und wie die Mikroalge Chlorella vulgaris auf den verschiedenen Fischabwasserchargen, CO2 und Sonnenlicht wachsen kann, und 
4. ob die Kultivierung von Chlorella vulgaris auf Fischabwasser in der geplanten Größenordnung der LARA-Anlage durchführbar ist und wenn ja, wie diese Anlage konzipiert werden muss.

Methodische Vorgehensweise

Wir werden die verschiedenen Komponenten in den Fischabwässern mit mehreren Methoden analysieren, um Nachweisgrenzen, Bestimmungsgrenzen, Messzeiten, Genauigkeit, Präzision, sowie Reproduzierbarkeit und Robustheit zu vergleichen. In diesem Zusammenhang werden wir gezielte Spiking- und Depreviationsexperimente mit dem Fischabwasser durchführen. Wir werden multivariate Methoden einsetzen, um Korrelationen zwischen verschiedenen Analyten zu ermitteln.

Die Mikroalge Chlorella vulgaris wird auf verschiedenen Fischabwasserchargen kultiviert. Zunächst wird dies in Schüttelkolben-Screening-Experimenten in Schüttelinkubatoren mit Lichtquellen und CO2-Zusatz durchgeführt. Das Zellwachstum wird durch OD600-Messungen im Laufe der Zeit verfolgt, und es werden täglich Proben genommen, um die Zusammensetzung der flüssigen Abwassermedien zu analysieren.

Nach diesem Screening-Ansatz werden ausgewählte Experimente sowohl in einen Rührkessel als auch in einen Röhrenbioreaktor übertragen - beide im Labormaßstab. Dies ermöglicht eine detailliertere Analyse des Wachstums und der Physiologie von Chlorella, mehr Daten zur Wasserqualität während und nach der Kultivierung und die Erzeugung einer ausreichenden Biomasse für die anschließende Analyse der Biomassenzusammensetzung bei einem externen Partner.

Erwartete Ergebnisse

Wir werden ein analytisches Konzept für Fischabwässer generieren, die Variabilität von Fischabwasser in der LARA Einheit bestimmen, die Machbarkeit der mixotrophen Kultivierung von Chlorella vulgaris darauf ermitteln and basierend auf all diesen Daten einen Scale-up berechnen.

Projektleitung

Univ. Prof. Oliver Spadiut - TU Wien

Projektpartner

Blue Planet Ecosystems GmbH

TU Wien
Univ. Prof. Oliver Spadiut
Gumpendorferstrasse 1A/5.Stock
A-1060 Wien
Tel.: +43 (1) 588 01 166 420
E-Mail: oliver.spadiut@tuwien.ac.at
Web: www.tuwien.at/tch/icebe/ibdgroup