Mikroalgen sind mikroskopisch kleine, einzellige Pflanzen, die mit ihrer Photosynthese für 50% der Sauerstoffversorgung auf der Erde verantwortlich sind und gleichzeitig das Treibhausgas CO2 (Kohlenstoffdioxid) binden.
Dieser biologisch-chemische Prozess soll eines Tages auch in geschlossenen, künstlichen Systemen (regenerative Lebenserhaltungssysteme) genutzt werden, um unter anderem das Überleben von Menschen in extremen Umwelten zu gewährleisten, zum Beispiel an Bord von U-Booten oder Raumschiffen.
Bisher muss man für geschlossene Lebenserhaltungssysteme große Mengen an Sauerstoff (O2) mitführen und Kohlenstoffdioxid (CO2) als Abfallprodukt aus der Luft herausfiltern. Es ist deshalb wichtig, regenerative biologische Lebenserhaltungs- und Energiesysteme zu entwickeln, die nachhaltig Wasser aufbereiten, O2 und Biomasse produzieren und Stoffwechselendprodukte in den Kreislauf zurückführen. Ob und wie diese auf der Erde natürlich stattfindenden biologischen regenerativen Prozesse von Schwerelosigkeit beeinflusst werden, ist eine für die Raumfahrt wichtige Frage.
Um diese Prozesse in Schwerelosigkeit zu untersuchen, wurde der Photobioreaktor ModuLES für einen Einsatz im Weltraum entwickelt. Er ist das zentrale Teil eines modularen Lebenserhaltungssystems mit Mikroalgen, in dem die komplexen biologischen Prozesse in einem von der Umgebung abgeschlossenen System über lange Zeit untersucht werden.
Im Bioreaktor wird die Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii als photosynthetischer Sauerstoffproduzent eingesetzt. Die Effizienz der Produktion hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab, wie der optimalen Versorgung mit Licht, Nährstoffen und der Gehalt an CO2 . Aber auch Qualität und Quantität der Beleuchtung, Durchmischen von Flüssigkeiten, Gasaustausch und -durchmischung, 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 in Mikrogravitation • Optimierung von Mikroalgenwachstum der Sauerstoffproduktion • Analyse der physiologischen und molekularen Effekte des Parabelflugs auf die Mikroalgen
Vor, während und nach dem Parabelflug werden Proben der Algenkultur genommen und später physiologisch und molekularbiologisch untersucht. Viele chemische und biologische Parameter werden bei den wechselnden Beschleunigungen während des Parabelfluges kontrolliert und reguliert.
Mit den Ergebnissen aus dem Parabelflug wird der Bioreaktor für seinen Einsatz im Weltraum optimiert.