'Thermische flowmeters voor bioreactoren

Photanol profiteert van nauwkeurige en herhaalbare gasdosering

In bioreactoren is het van belang om de gassen nauwkeurig en betrouwbaar te doseren. Photanol is bezig met de ontwikkeling van een biochemisch proces waarin bacteriën gebruikt worden om CO2 om te zetten in nuttige producten. Uitdagingen daarbij zijn onder andere het onder controle houden van de opgeloste zuurstof, contaminaties en de pH waarde. Daarvoor is het nodig om zuurgraad tot 0,1 pH nauwkeurig te kunnen regelen. De pH waarde in een bio reactor wordt geregeld door meer of minder CO2 toe te voegen. Photanol regelt de mix van CO2 en lucht met gas massa doorstromings regelaars.

Wat is daarbij van belang?

Bacteriën kweken in brioreactoren bij Photanol

Photanol gebruikt een van de oudste organismen op onze planeet om duurzame bouwstenen voor de chemische industrie te produceren. Fotosynthetische cyanobacteriën stonden aan de wieg van al het leven op aarde. En ze zijn niet veeleisend: zonlicht en CO2 is voldoende. Er wordt gebruik gemaakt van genetisch gemanipuleerde bacteriën om te zorgen dat ze specifieke stoffen uitscheiden. In het lab kunnen nu al zeventien producten produceren met deze cellen.

In het laboratorium van Photanol staan tientallen bioreactoren die allerlei varianten van het proces en van soorten bacteriën testen. Daarnaast worden de bacterien ook “gekweekt” in bioractoren waar in the ideale atmosfeer voor de vermenigvuldiging plaats vind (pH, zuurstof, temperatuur, licht, etc)

Sabrina Botton, Lead Scientist - Photanol

“De mass flow controllers helpen ons om ons proces veel beter te controleren dan voorheen. Teesing heeft ons geholpen met hun kennis van flowmeting en bioreactor aansturing.”

Op dit moment wordt gewerkt aan een nieuwe pilot in de haven van Amsterdam. Bij de Eemshaven worden de voorbereidingen getroffen voor een hectare grote demoplant op het terrein van partner Nouryon (voormalig Akzo Nobel).

In het proces neemt de nauwkeurige dosering van CO2 en lucht een belangrijke plaats in. Daarmee stuur je de pH waarde en daarmee de groei van de bacteriën, wat de effictiviteit van het proces positief beïnvloedt. En dat is uiteindelijk de grootste uitdaging: de omzetting moet economisch rendabel zijn.

Men had behoefte aan de regeling van gassen met gas massa doorstromings regelaar die:

Automatish de benodige gas hoeveelheid doseren
Betrouwbaar en over een lange termijn stabiel zijn
Niet afhankelijk zijn van druk en temperatuur veranderingen
Nauwkeurige en herhaalbare resultaten leveren
Digitaal bestuurd worden
Digitaal meet- en diagnosewaarden verzamelen

Algen, bacteriën, blauwalgen?
De biochemie begon ongeveer 10 jaar geleden met het inzetten van algen voor de productie van biobrandstoffen. Maar dat bleek (nauwelijks) haalbaar. Op dit moment worden algen alleen gebruikt voor de productie van Omega-3 vetzuren, kleurstoffen en eiwitten. Het probleem van algen is dat ze afgebroken moeten worden om het product te ‘oogsten’. Dat kost heel veel energie en de alg gaat daarbij dood. Het vernieuwende van de technologie van Photanol ligt in het gebruik van deze cyanobacteriën. In de volksmond heten die blauwalgen, maar het zijn dus bacteriën. Die scheiden het eindproduct zelf uit en blijven daarbij leven.

Dat klinkt te mooi om waar te zijn en dat is het deels ook. De cyanobacterie die in de natuur voorkomt produceert namelijk alleen maar suikers en zuurstof. Om andere producten te maken zet men DNA gemodificeerde bacteriën in. Een andere uitdaging bij dit soort processen in de zogeheten ‘scale-up’: de overgang van laboratorium naar een industriële toepassing. Dat is ingewikkeld omdat op grotere schaal veel factoren veranderen. De bacteriën groeien bijvoorbeeld onder invloed van licht. In het laboratorium is dat gecontroleerd, maar in de praktijk hebben we te maken met wisselende zonneschijn. Tot slot is het laag houden van de kostprijs een uitdaging ten opzichte van de traditionele chemische industrie.

Massa flowmeters in biotechnologie: wat is van belang?

Biotechnologie is een complexe wetenschap, met veel variabelen. Dus hoe filter je die ene variabele die het verschil maakt uit? Je moet veel tests doen die een enkele variabele variëren en alle andere variabelen constant houden. En vooral: je hebt herhaalbaarheid nodig.

Biotechnologie is ook een gevoelige wetenschap. Kleine verschillen in procescondities kunnen grote verschillen in het proces veroorzaken. Dat vereist nauwkeurigheid.

Dit werd vroeger gedaan met variablele doorstromings meters (glazen buisje met balletje) en een handmatig ventiel. Dit soort systemen zijn echter niet automatisch en heel gevoelig voor veranderingen in druk en temperatuur. De moderne gas massa doorstromings regelaar (Gas mass flow controller ook wel MFC genoemd) lost deze beperkingen op.

Deze video is niet zichtbaar vanwege uw cookie voorkeuren.

Thermische massaflowmeters zijn goed in het meten van gassen bij een lage doorstromingen (ter indicatie 1 mln/min tot ongeveer 1000 ln/min) . Traditionele massaflowmeters (al dan niet digitaal) hebben echter last van drift (verschruiving van de nauwkeurigheid) en moeten daarom vaak gekalibreerd worden. De tradionele capilaire gas massa regelaars gebruiken een heel dun buisje (ongeveer 0.1 mm) waardoor de meter erg gevoelig wordt voor vervuiling. De massaflowmeters gebruiken een radicaal ander concept waarbij de meting verricht wordt door een sensor die geïntegreerd is in een chip (de MEMS), waarmee een aantal voordelen ontstaan:

Snelle reactietijd: 50 msec
Groot bereik: turndown van standaard 100:1 (meetbereik, de verhouding tussen laagst en hoogst te meten waarde))
Minder gevoelig voor vervuiling dan capillairen door de grote ID-sensor
Uitstekende temperatuurcoëfficiënt (daarmee zijn metingen bijna niet gevoelig voor temperatuur).
Hoge nauwkeurigheid door kalibratie met het te gebruiken gas.
Langdurige stabiliteit over een zeer lange gebruiksperiode
Lage drukval (2,5 mbar bij lage doorstroming)
Flexibiliteit in digitale communicatie
Flexibiliteit in configuratie door modulaire opbouw
Betrouwbaarheid (3 jaar garantie)
Snelle levering en economisch aantrekkelijk

Welke oplossing hebben we geboden?

Nadat Photanol goed gedefineerd had wat ze nodig hadden, hebben we een klant specifieke samenstelling geleverd. Hiervoor werden 12 gas massa doorstromings regelaars gebruikt. Photanol stuurt ze aan met LabView over modbus en communiceert via een enkele kabel met alle modules. De gas massa doorstromings regelaars zitten ook als standaard onderdeel in de controllers van de meeste bioreactoren omdat ze zeer geschikt zijn voor dit soort applicaties.

Deze video is niet zichtbaar vanwege uw cookie voorkeuren.

Nauwkeurige gasdosering

Langdurige stabiliteit

Herhaalbare bioreactor processen

Digitaal sturen en loggen

Meer informatie?

Meer informatie over onze producten of op zoek naar een oplossing op maat? Neem contact op met onze sales engineers.

NL: +31 70 413 07 00
CN: +86-(0)10-60576210
USA: +(1) 973 383 0691
TW: +886-(0)3-5600560

Of gebruik ons contact formulier

Heeft u al contact met een sales engineer? Neem rechtstreeks contact op:

Vind uw sales engineer