TOC-Bestimmung in Algenbiomasse - Suspensionsmethode
Der übermäßige weltweite Ausstoß von CO2 aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe (z.B. in Kraftwerken) gibt Anlass zur Suche nach klimafreundlichen Verwendungsmöglichkeiten des Kohlendioxids.
Ein Ansatz des umweltverträglichen Recycling ist es das entstandene CO2 in Biomasse umzuwandeln.
Für diese Umwandlung von CO2 in Biomasse werden Photobioreaktoren eingesetzt in denen das CO2-Gas eingeleitet wird um es für das Wachstum der Algen zu nutzen. Die Biomasse bzw. die Algen können in den verschiedensten Bereichen verwendet werden: In der Kosmetikindustrie, der Baustoffindustrie, im Lebensmittelsegment, in der Landwirtschaft als Dünger oder zur energetischen Verwertung.
Prüfverfahren für die Umsetzung
Die Effizienz der Photobioreaktoren und die die Ausbeute des Wachstums werden ständig überwacht. Dazu stehen unterschiedliche Methoden zur Verfügung, wie z.B. die Bestimmung der Trockenmasse (Gravimetrisch) oder die photometrische Bestimmung von Chlorophyll (durch Absortion). Es handelt sich dabei um Verfahren, die entweder einen hohen Zeit- und Personalaufwand benötigen oder die unspezifisch und ungenau sind.
Innovatives Verfahren
Um die Biomasse im Photobioreaktor zu bestimmen wurde ein TOC-Analysator eingesetzt. Der Kohlenstoffgehalt der „Algensuppe“ steht in unmittelbarer Korrelation zur Biosmasse.
TOC-Messmethode
Je nach eingesetzter Algen-Art eignet sich eher das Differenzverfahren oder die Direktmethode (NPOC). Man sollte in jedem Fall prüfen mit welcher Methode die jeweilige Algen-Art am genausten erfasst wird. Dies kann mit den Ergebnissen der Referenzmethoden verglichen werden.
Angaben zur Analytik:
– Kalibration des TC/NPOC und des IC durch automatische Verdünnungsfunktion
– Die Probe wird in der Regel unverdünnt gemessen
– Injektionsvolumen: 90μl
– Mindestens 3-5fache Injektion zur statistischen Sicherheit
– Je nach Probe mehrfach waschen
Probenvorbereitung
Die 4 – 10 μm großen Mikro-Algen des Stammes Chlorella vulgaris können ohne weitere Probenvorbereitung direkt aus dem Reaktor vermessen werden. Zur Bestimmung der Biomasse wird das Differenzverfahren angewendet. Es eignet sich für alle anderen einzelligen Algen, die auch unter unterschiedlichen Anzuchtbedingungen einen stabilen Kohlenstoffanteil aufweisen. Mit dem Differenzverfahren werden TC und TIC bestimmt und daraus der TOC errechnet. Durch eine Kalibration mit der erhaltenen Trockenmasse der Algen kann man dann vom TOC auf den Biotrockenmassenanteil in der Probe zurückschließen.
Korrelation
Die TOC-Korrelation (Algen-Biomasse / TOC) muss für jede Algen-Art eigens bestimmt werden. Sie kann auch gegen die ermittelte Trockenmasse kalibriert werden.
Zuerst wird die Algenprobe gemessen und der TOC bestimmt. Im Anschluss wird die Probe durch einen 0,2 μm großen Spritzenvorsatzfilter filtriert und nochmals im TOC vermessen. Dies geschieht, um unterscheiden zu können, welcher Anteil des TOC von den Algen stammt und welcher Anteil möglicherweise von extrazellulären Substanzen herrühren, die die Algen produzieren oder beim Absterben in die Nährlösung freigesetzt haben. Der auf diese Weise bestimmte TOC zeigt nun den Kohlenstoffanteil der untersuchten Algen. Um Rückschlüsse auf die zu gewinnende Trockenmasse zu ziehen, muss der prozentuale Kohlenstoffanteil in den Algen bestimmt werden.
Dazu gibt es verschiedene direkte und indirekte Verfahren. Die einfachste und eine sehr zuverlässige Methode ist es, die gewaschenen und getrockneten Algen in einem Feststoff-TOC zu verbrennen. Als zweite Methode werden die Algen filtriert, getrocknet und dann deren Masse bestimmt. In Kombination mit den Messungen am TOC und im Photometer kann hieraus ein Zusammenhang zwischen TOC-Wert und Algentrockenmasse bestimmt werden, der Auskunft über den C-Gehalt der Algen gibt. Aus dem Kohlenstoff-Massenanteil und dem TOC-Wert lässt sich auf diese Weise sehr genau die Trockenmasse der untersuchten Algenlösung errechnen.
Empfohlene Gerät / Ausstattung:
TOC-L CPH
ASI-L (40ml) incl. Rühroption und Externes Sparge-Kit
