Eines der neuesten Projekte der Forschenden ist die Nutzung von lebenden Zellen als Mini-Fabriken zur Herstellung der verschiedensten Wertstoffe. Konkret: Die automatisierte Kultivierung von Biomasse in einem Bioreaktor, PhotoBionicCell genannt, der im Sinne einer klimaneutralen Kreislaufwirtschaft zu einer zunehmenden Biologisierung der Industrie beitragen und damit deren ökologischen Fußabdruck verkleinern soll.

„Im Bionic Learning Network haben wir schon lange die Kreislaufwirtschaft der Zukunft im Visier und überlegt, welchen Beitrag wir hierzu leisten können“, berichtet Dr. Nina Gaißert, Biotechnologin im Bionik-Team. „Weil wir auch mit lebender Materie arbeiten wollten, sind wir auf die Algen gestoßen, die sich hervorragend dazu eignen, um je nach Spezies unterschiedliche Substanzen zu produzieren. So begannen wir, einen Bioreaktor zu entwickeln, um damit lebende und technische Komponenten zu kombinieren und neue Materialien biologisch herstellen zu können – etwa Lebensmittel, Treib- oder Kunststoffe.“

Was auf den ersten Blick einen komplizierten Eindruck macht, ist denkbar einfach zu bedienen: Für den Bioreaktor, den der Laie leicht für eine Kombination aus kleinem Raumschiff und Heißluftballon halten könnte, wurde eine intuitive Oberfläche geschaffen, die es den Benutzenden ermöglicht, alle Prozessdaten und Sensorwerte in Echtzeit auf einer Webseite abzufragen und damit beispielsweise den optimalen Erntezeitpunkt herauszufinden. Hierfür kommen auch Methoden der Künstlichen Intelligenz zum Einsatz. „Theoretisch könnte man die Daten auch aus dem Homeoffice abfragen und ggf. sofort die Ernte einleiten“, sagt die Wissenschaftlerin. Mit einem weiteren Werkzeug, einer Augmented-Reality-App, können wiederum in Echtzeit alle Sensorwerte eingesehen werden. Dafür ist nur eine einzige Fixierung mit dem Smartphone nötig – in etwa so als ob der Anwendende ein Foto des Reaktors machen wollte.

Derzeit wird im Bioreaktor von Festo die Spezies Synechocystis kultiviert. „Wir haben uns nach Recherchen in Algendatenbanken für diese Mikroalge entschieden, weil wir zeigen wollten, dass es so möglich ist, Kunststoff – genauer das Biopolymer Polyhydroxybuttersäure PHB – zu produzieren“, sagt Gaißert. „Man kann das aber genauso gut auch mit anderen Algen machen, etwa mit Spirulina. Das kommt einfach auf die gewünschte Anwendung an. Man könnte sich im Prinzip alles synthetisieren lassen, was aktuell aus Erdöl hergestellt wird. Allerdings ist dies im Moment noch nicht wirtschaftlich genug. Was aber schon gut funktionieren würde, sind hochwertige Produkte aus den Algen wie Pharmazeutika.“

Mit der Kunststoffherstellung hat es in Esslingen bereits bestens geklappt: Aus Synechocystis-Kulturen konnte PHB gewonnen und durch Zusatz weiterer Stoffe zu einem Filament für den 3D-Druck und für Verpackungsmaterial verarbeitet und damit beispielsweise eine der Befestigungsklammern für den Reaktor hergestellt werden. An eine solche Kunststoffproduktion ist bei Festo selbst aber zukünftig nicht gedacht: „Unser Antrieb ist unser Spezialgebiet, nämlich die Steuerungs- und Regelungstechnik hierfür zu liefern“, so Gaißert. „Natürlich möchten wir den Reaktor von derzeit 15 l auf einen wesentlich größeren Maßstab skalieren, aber Festo plant nicht, diese Geräte dann auch zu bauen. Dafür brauchen wir Industriepartner.“