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Einfluss unterschiedlicher Lichtspektren und Temperaturen auf die Biomassen- und Wertstoffproduktion in Mikroalgen

  • Mikroalgen können bei den internationalen Bemühungen zur Begrenzung der CO2-Emissionen einen wichtigen Beitrag leisten. In der Photosynthese der Mikroalgen wird das CO2 aus der Atmosphäre in Biomasse fixiert. Im Gegensatz zu Landpflanzen können Mikroalgen zudem exponentiell wachsen, haben geringere Anforderungen an die Wasserqualität und konkurrieren nicht mit Agrarflächen, die begrenzt und für die Nahrungsmittelsicherheit der Weltbevölkerung erforderlich sind. Die produzierte Mikroalgenbiomasse kann als regenerative Ressource zu Biokraftstoffen wie Biogas und Biodiesel umgewandelt und somit als Energieträger genutzt werden. Zudem können Mikroalgen auch bei der biotechnologischen Produktion kommerziell relevanter Wertstoffe wie Pigmenten und Omega-3-Fettsäuren für die Nahrungsmittelindustrie Anwendung finden. Mit dem Ziel der Steigerung dieser Wertstoffe stand die Untersuchung des Einflusses der Kultivierungsparameter Licht und Temperatur auf das Wachstum und die Zusammensetzung der Mikroalgenbiomasse im Mittelpunkt dieser Dissertation. Insbesondere der Einfluss unterschiedlicher Lichtspektren auf das Wachstum und die Wertstoffproduktion in Mikroalgen wurde detailliert untersucht. Zusätzlich wurde überprüft, ob sich die gewonnenen Erkenntnisse auch auf Landpflanzen übertragen lassen. Im Rahmen dieser Promotion wurde erstmals systematisch der Einfluss unterschiedlicher Temperaturen und Lichtspektren im zeitlichen Verlauf der Kultivierung auf Mikroalgen untersucht. Hierbei konnten distinkte Spektralbereiche sowie Temperaturen ermittelt werden, die für eine maximale Produktion von Biomasse und Pigmenten sowie einem maximalen Desaturierungsgrad der Fettsäuren erforderlich sind. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Biochemie von photosynthetischen Organismen bei.
  • Due to international efforts to reduce the emission of CO2, microalgae-based industrial products are expected to gain importance. Microalgae can fix CO2 into biomass by photosynthesis. Additionally, microalgae have several advantages compared to land plants, such as potentially exponential growth, a lower water quality requirement, and the fact that they do not compete for arable land with land-based crops. The different components of algal biomass can be used to produce renewable biofuels, such as biogas and biodiesel. Furthermore, microalgae can be used as a production platform for valuable compounds, e.g., pigments, and omega-3 fatty acids for the food industry. This work was focused on the impact of the parameters of temperature and light on the growth and biomass composition in microalgae. In particular, the impact of different light spectra on the growth and production of valuable compounds in microalgae has only been sparsely studied. Therefore, a systematic investigation of the effects of different light spectra on microalgal growth, fatty acid composition, and pigment concentration was carried out. Subsequently, it was tested if the effects identified in microalgae might be applicable to land plants. In this thesis, a systematic investigation of the impact of temperature and light spectra on microalgae cultivation was performed. The light spectra and temperatures that are required for maximized biomass production, pigment concentration, and fatty acid unsaturation in microalgae were identified. This knowledge brings new insights into the biochemistry of photosynthetic organisms. In addition, these data were subsequently used for developing a hybrid system for the comprehensive use of sunlight in one system for photovoltaic and biomass production. Furthermore, future applications might include the targeted production of valuable compounds in microalgae.

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Metadaten
Author:Mark HelamiehORCiD
URN:urn:nbn:de:gbv:luen4-opus4-13712
URL: https://pub-data.leuphana.de/frontdoor/index/index/docId/1371
Title Additional (English):Impact of different light spectra and temperatures on the growth and the production of valuable compounds in microalgae
Advisor:Klaus Kümmerer (Prof. Dr.)
Referee:Klaus Kümmerer (Prof. Dr.)ORCiDGND, Vicky Temperton (Prof. Dr.)ORCiDGND, Sigrun Reumann (Prof. Dr.)ORCiD
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2024
Date of Publication (online):2024/01/25
Date of first Publication:2024/01/25
Publishing Institution:Leuphana Universität Lüneburg, Universitätsbibliothek der Leuphana Universität Lüneburg
Granting Institution:Leuphana Universität Lüneburg
Date of final exam:2024/01/10
Release Date:2024/01/25
Tag:Biochemie; Biomasse; Photosynthese
Biochemistry; Biomass; Photosynthesis
Pagenumber:177
Note:
Das Rahmenpapier der kumulativen Dissertation enthält drei Fachartikel.
Institutes:Fakultät Nachhaltigkeit
Fakultät Nachhaltigkeit / Institut für Nachhaltige Chemie (INSC)
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht