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Process model adaption for the autotrophic cultivation of Ralstonia eutropha mutant strains
Neddermeyer, Flavia
Bioprocesses, in which gases serve as substrates, have become popular in the past years, as they are used, for example, to upgrade industrial exhaust gases. In this thesis, first a regulatory concept for the autotrophic cultivation of the bacterium Ralstonia eutropha is presented. The focus lies on a model-based gas phase controller that works independently of the strain. It adjusts the gas composition in the reactor headspace and maintains the desired excess pressure. The gas phase controller is framed by the general, model-based control system for process optimization.
The second part deals with rapid model adaption for genetically modified strains. For process optimization, strain-dependent process models are used. Thus, the general process model has to be modified and reformulated for each strain before it can be utilized for modelbased optimization. In order to shorten the labour-intensive, iterative step of modeling, different adaption methods were developed and applied. The combination of a strain-independent gas phase control and a toolbox for fast adaption of the process model of genetically modified strains, enables a fast and resource-saving process adaption.
Bioprozesse, in denen Gase als Substrate dienen, haben in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen, da mit ihnen beispielsweise industrielle Abgase aufgewertet werden können. Diese Arbeit stellt zunächst ein Regelungskonzept zur autotrophen Kultivierung des Knallgasbakteriums Ralstonia eutropha vor. Dabei steht ein Regler zur Einstellung der Gasanteile sowie des Drucks im Gasraum im Vordergrund, der zwar modellbasiert, aber stammunabhängig arbeitet. Der Gasphasenregler ist ein Bestandteil der allgemeinen, modellbasierten Regelung zur Prozessoptimierung.
Im zweiten Teil geht es um die schnelle Modelladaption für genetisch modifizierte Stämme. Zur Prozessoptimierung werden stammabhängige Prozessmodelle verwendet, die für jeden genetisch modifizierten Stamm neu formuliert werden müssen, bevor die Kultivierung geregelt werden kann. Um den arbeitsintensiven, iterativen Schritt der Modellierung zu verkürzen, wurden verschiedene Methoden entwickelt und angewandt. Die Kombination einer stammunabhängigen Gasphasenregelung und einem Methodenspektrum zur schnellen Anpassung des Prozessmodells an genetisch veränderte Stämme ermöglicht schließlich eine schnelle und ressourcenschonende Prozessanpassung.
