Descrizione del progetto
Bioreattori per microalghe: seguire il flusso
Le microalghe fotosintetiche, o alghe microscopiche, stanno attirando attenzione a livello globale per le loro vaste potenzialità applicative come fonti rinnovabili, sostenibili ed economiche o in qualità di prodotti per campi che comprendono le energie rinnovabili, la bioplastica e i biofarmaci. Le microalghe spesso svolgono il proprio «lavoro» all’interno di bioreattori, dove vengono coltivate come sospensioni di cellule viventi e mobili. Per incrementare il rendimento e l’efficienza di questi sistemi di bioreattori è necessaria una conoscenza dettagliata delle dinamiche di flusso in queste sospensioni viventi. Il progetto Flow4Algae, finanziato dall’UE, caratterizzerà microalghe viventi in flussi turbolenti, il loro comportamento in interfacce solide e libere, nonché le modalità attraverso cui il flusso di scorrimento influenza la motilità. I risultati supporteranno lo sfruttamento della motilità cellulare allo scopo di smuovere la situazione all’interno dei bioreattori e di evitare la formazione di biofilm, agevolando al contempo la raccolta cellulare.
Obiettivo
Photosynthetic microalgae hold promise for the sustainable production of high-value products, bioplastics and biofuels. In bioreactors, suspensions of living, soft, and motile cells form an entirely new kind of fluids, which physiologically respond to the environment and the flow conditions. Fundamental knowledge of the flow dynamics of living suspensions is now urgently needed to develop new flow technologies for bioreactors. This project lays out an ambitious multi-scale experimental plan to establish the foundations of the fluid dynamics of living suspensions by revisiting three textbook aspects of flow: (1) turbulence, (2) the dynamics at solid and free interfaces and (3) the response to shear. This endeavour faces a new paradigm in complex flows, where fluid dynamics and cell physiology on different length scales, are deeply entwined. I will tackle this problem with a unique set of multi-scale experiments combining advanced flow diagnostics and rheology tools with new microfluidics and 3-D cell tracking recently developed in my group. These experiments will yield the first tracking measurements of living microalgae in a turbulent flow, and reveal what happens when motile cells on the small scale meet the turbulence cascade. Tracking experiments will provide new insight into the interactions of microalgae with free and textured surfaces, and, combined with rheology, show how shear flow affects cell motility and inversely how motility affects the response to shear of the suspension. Together, these experiments will uncover the interrelations between flow, cell physiology and growth, and determine how cell motility can be leveraged to optimize the turbulent mixing conditions in bioreactors, avoid biofilm formation and mediate cell harvesting.
Campo scientifico
Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
HORIZON-AG - HORIZON Action Grant Budget-BasedIstituzione ospitante
2628 CN Delft
Paesi Bassi