Mikroalgen sind mikroskopisch kleine, einzellige Pflanzen, die mit ihrer Photosynthese für 50% der Sauerstoffversorgung bei gleichzeitiger Bindung des Treibhausgases CO2 (Kohlenstoffdioxid) auf der Erde verantwortlich sind.
Dieser biologisch-chemische Prozess soll eines Tages auch in geschlossenen, künstlichen Systemen (regenerative Lebenserhaltungssysteme) genutzt werden können, um u.a. das Überleben von Menschen in extremen Umwelten zu gewährleisten, z.B. an Bord von U-Booten oder Raumschiffen. Bisher musste dafür Sauerstoff (O2) als Rohmaterial mitgeführt und Kohlenstoffdioxid CO2 als Abfallprodukt aus der Luft abgefiltert werden. Es ist deshalb wichtig, regenerative biologische Lebenserhaltungs- und Energiesystem zu entwickeln, die nachhaltig Wasser aufbereiten, O2 und Biomasse produzieren und Stoffwechselendprodukte abbauen. Ob und wie diese auf der Erde natürlich stattfindenden biologischen Prozesse von Schwerelosigkeit beeinflusst werden, ist eine für die Raumfahrt wichtige Frage.
Um diese Prozesse in Schwerelosigkeit zu untersuchen, wurde der Photobioreaktor (PBR) ModuLES für einen Einsatz im Weltraum entwickelt. Er ist das zentrale Modul eines modularen Lebenserhaltungssystems mit Mikroalgen, in dem die komplexen biologischen Prozesse in einem von der Umgebung abgeschlossenen System über lange Zeit untersucht werden.
Hierbei wird die Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii eingesetzt, die eine hocheffiziente photosynthetische Gasaustauschrate aufweist. Die Effizienz hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab wie der optimalen Versorgung mit Licht, CO2 und Nährstoffen. Aber auch die Qualität und Quantität der Beleuchtung, das Durchmischen von Flüssigkeiten, die Gaszufuhr und -durchmischung, die Medium-Zusammensetzung sowie die Wachstumsphase der Mikroalgen beeinflussen die Effizienz. Im Bioreaktor werden besonders die Produktion von O2 und Biomasse untersucht und auf eine bestmögliche Schließung des Nährstoff-Kreislaufes geachtet. Hierbei sollen alle genannten Parameter optimal eingestellt und die Sauerstoffproduktion maximiert werden.
In der Parabelflugkampagne stehen daher folgende Ziele im Vordergrund:
• Überprüfung des Bioreaktor-Designs Analyse und • Steuerung von physiologischen Parametern der Algen
Vor, während und nach dem Parabelflug werden Proben der Algenkultur genommen und später physiologisch untersucht. Viele chemische und biologische Parameter werden bei den wechselnden Beschleunigungen während des Parabelfluges aufgezeichnet und reguliert.
Mit den Ergebnissen aus dem Parabelflug wird der Bioreaktor für seinen Einsatz im Weltraum optimiert.