Konditionierung von Biomasse mit gepulsten elektrischen Feldern

Frey, W.

Karlsruhe Institute of Technology

Institut für Hochleistungsimpuls- und Mikrowellentechnik

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

Die Wechselwirkung von biologischen Zellen mit gepulsten elektrischen Feldern kann

in zwei Bereiche eingeteilt werden. Bei vergleichsweise langsam ansteigender elektrischer

Feldstärken, einer Impulsdauer von mehreren µs und Feldamplituden bis zu 10kV/cm

wird vor allem die Zellmembran aufgeladen. Das Zellinnere bleibt feldfrei.

Es kommt zur Bildung von Poren in der Zellmembran, was einen Stoffaustausch zwischen Zellinnerem und der umgebenden Suspension ermöglicht.

Dieser Effekt wird am IHM unter anderem zur Entwässerung von feuchter Biomasse zur energieeffizienten Trocknung angewandt.

Bei höheren Feldamplituden und einer Impulsdauer von wenigen Nanosekunden wird das Zellmaterial komplett vom elektrischen Feld durchflutet. Es findet eine intrazelluläre Wechselwirkung statt.

In Grundlagenuntersuchungen konnte gezeigt werden, dass das Zytoskelett einer massiven Reorganisation unterliegt, wenn die Zelle mit einem 10ns Impuls beaufschlagt wurde. Weiterhin konnte eindeutig eine Wachstumssteigerung nach ns-Impulsexposition bei pflanzlichen Keimlingen und bei Pilzmycel nachgewiesen werden. Die biochemischen bzw. biophysikalischen Wirkungsketten sind bislang ungeklärt.

Im Ausblick werden die kürzlich gestarteten Aktivitäten zur Konditionierung von Biomasse aus Mikroalgen erläutert