Photobioreaktoren
Photobioreaktoren sind eine gro\xdfe Hoffnung f\xfcr unsere Zukunft ohne Erd\xf6l. Sie nutzen die Tatsache aus, dass verschiedenste Algensorten f\xfcr uns n\xfctzliche Stoffe produzieren k\xf6nnen. Im einfachsten Fall Futter f\xfcr unsere Tiere, aber auch \xc4thanol als Treibstoff oder allgemein als Energietr\xe4ger. Bei Gr\xfcnalgen ist die Photosynthese der wichtige Stoffwechselprozess, der nat\xfcrlich auch Licht braucht und Kohlendioxid. Bevor Photobioreaktoren wirklich effektiv arbeiten k\xf6nnen, m\xfcssen jedoch viele Aspekte des Prozesses noch viel besser verstanden werden. Hier stehen wir erst am Anfang der Entwicklung. Judith Kolbe hat in ihrer Masterarbeit ein Modell erprobt, das die Verklumpung (technisch: Agglomeration) von Algen beim Flie\xdfen durch geschlossene Zylinder beschreiben soll. Das Anliegen ist, durch vorherige Simulation die Bedingungen im Reaktor so zu optimieren, dass die Verklumpung m\xf6glichst vermieden wird, damit es nicht zu F\xe4ule und zum Absterben der Algen kommt. Besondere Effekte am Rand des Beh\xe4lters wurden hier zun\xe4chst gar nicht betrachtet. Als Beispielfall wurden sehr kleine Algen- Mikroorganismen- betrachtet, f\xfcr die die eigene Geometrie keine allzu gro\xdfe Rolle bei der Verklumpung spielt. Der wichtigste Aspekt im Modell ist die Annahme, dass die kugelf\xf6rmigen Partikel einen Schmierfilm auf ihrer Oberfl\xe4che tragen. Zwei Partikel, die w\xe4hrend ihrer Bewegung im Fluid zuf\xe4llig zusammenstlo\xdfen, verschmelzen zu einem gr\xf6\xdferen, wenn die umgesetzte Energie im Schierfilm dissipieren kann. Die Str\xf6mung des Tr\xe4gerfluids geht hier vor allem als Kraftwirkung auf die Algenpartikel ein (inklusive der Bewegungsrichtung). Der Vorteil dieses Modells ist zum einen, dass es so einfach ist, dass es nur wenige Parameter ben\xf6tigt und zum anderen, dass die Interpretation der Ergebnisse klar ist (im sogenannten Postprocessing). Ein gro\xdfer Nachteil ist, dass die Zahl der Partikel, die man einzeln so behandeln kann, durch die Rechenst\xe4rke schnell sehr stark eingeschr\xe4nkt wird, selbst wenn ausgenutzt wird, dass man die Rechnungen hervorragend parallelisieren kann. Deshalb wurde in der Arbeit schlie\xdflich auch nur ein prototypischer W\xfcrfel von 4mm Seitenl\xe4nge in der Mitte des zylindrischen Reaktors simuliert.