Mikroalgen Bioreaktor für Wohnräume: spore

1. Problemstellung

Obwohl Algenprodukte immer mehr Beliebtheit erlangen, ist es nach wie vor schwierig für Verbraucher das Superfood selbst zu züchten. Während Kräuter und Gemüse sogar auf dem Balkon gezogen werden können, muss für Spirulina und Co. regelmäßig zum Warenkorb gegriffen werden.

Forschungsfrage: Wie kann die Kultivierung von Mikroalgen durch ein ganzheitliches Produkt vereinfacht und als attraktive Lösung in moderne Wohnräume integriert werden?

2. Methodische Vorgehensweise

Die zentrale Vorgehensweise meiner Arbeit habe ich aus den ersten drei der vier Phasen des Designprozesses nach Gerhard Heufler abgeleitet.

1. Recherche und Analyse

   Ist-Zustand und Soll-Zustand feststellen

2. Konzeption

   zielgruppenorientierte Lösungsvarianten konzipieren und bewerten

3. Entwurf

   Designprototyp als CAD-Modell und Wahl nachhaltiger Materialien

4. Realisierung

   Umsetzung (Im Rahmen dieser Bachelorarbeit nicht möglich)

Zielsetzung

Erkenntnisse über die Mikroalgenkultivierung gewinnen, Anforderungen und Prozesse identifizieren, Automatisierungsmöglichkeiten untersuchen, und einen ästhetisch ansprechenden, funktionalen Mikroalgen-Bioreaktor für Wohnräume konzipieren, der nachhaltig hergestellt werden kann.

3. Recherche

im Rahmen der Bachelorarbeit habe ich mir in der Recherchephase folgende Bereiche angesehen:

• Fachlicher und geschichtlicher Überblick über Algen
• Kultivierungsmethoden von Mikroalgen
• Marktanalyse und -potenzial
• Konkurrenzanalyse und Produktanalyse
• Zielgruppenanalyse
• Quantitative Umfrage mit 100+ Teilnehmern

Überblick Mikroalgen

Mikroalgen sind Einzeller, die sich durch einfache Zellteilung vermehren und mikroskopisch klein sind. Aufgrund dieser Eigenschaften sind sie in der Lage, große Mengen an Biomasse zu produzieren, die wertvolle Inhaltsstoffe wie Proteine, Lipide und Vitamine enthält. Diese Vielseitigkeit macht sie zu vielversprechenden Kandidaten für Anwendungen in den Bereichen Ernährung, Medizin, Biotechnologie und Umwelttechnologie.

Kultivierungsmethoden

Die industrielle Kultivierung von Mikroalgen beläuft sich auf eine von zwei Methoden. Die offenen und die geschlossenen Reaktoren. Während die offenen Reaktoren weitaus größere Mengen mit weniger Aufwand kultivieren können, besteht hierbei die Gefahr einer Kontamination, da die Reaktoren der Umwelt ausgesetzt sind. Bei geschlossenen Reaktoren wird zudem zwischen Rohrreaktoren und Plattenreaktoren unterschieden. Hierbei unterscheidet sich hauptsächlich die CO2-Zufuhr.

Marktanalyse

Der globale Mikroalgenmarkt wächst stetig und wird bis 2028 voraussichtlich 18,3 Milliarden USD erreichen (CAGR 8,2 %). Während die industrielle Produktion dominiert, sind Mikroalgenkultivierungssysteme für Endverbraucher noch kaum vertreten. Spirulina ist aufgrund ihres hohen Nährwerts das führende Segment, und Nahrungsergänzungsmittel machen den größten Marktanteil aus.

Steigendes Gesundheitsbewusstsein und technologische Fortschritte treiben das Wachstum voran, jedoch stellen hohe Produktionskosten eine Herausforderung dar. Europa führt den Markt an, insbesondere durch Anwendungen in Ernährung und Biokraftstoffen. Für Unternehmen bieten sich Chancen durch innovative, wartungsarme Bioreaktoren für Endverbraucher, die eine einfache Mikroalgenkultivierung ermöglichen.

Konkurrenzanalyse

Der Markt für Mikroalgen-Bioreaktoren ist noch kaum erschlossen, und es gibt zum Zeitpunkt dieser Bachelorarbeit keine etablierten Verbraucherprodukte. Bestehende Konzepte basieren meist auf DIY-Ansätzen oder Nischenlösungen wie Luftreiniger mit Mikroalgenkultivierung. Passive Bioreaktoren wie »The Coral« oder »MySpirulina Farm« erfordern manuelle Ernteprozesse, während automatisierte Lösungen wie der »Spira Bioreactor« und »Bloom« benutzerfreundlichere Konzepte bieten, aber nie kommerzialisiert wurden. Die größte Herausforderung liegt in der technischen Umsetzung und Finanzierung, da viele Projekte am Übergang zur Serienproduktion scheitern. Dennoch zeigt die Nachfrage nach innovativen und automatisierten Lösungen Potenzial für neue Marktteilnehmer.

Die Analyse zeigt, dass ein erfolgreicher Mikroalgen-Bioreaktor vor allem drei Faktoren vereinen sollte: einen hohen Automatisierungsgrad, eine ästhetisch ansprechende Gestaltung und eine einfache Bedienung.

Dies machte auch das Bloom-Projekt attraktiv, das trotz gescheiterter Umsetzung großes Interesse weckte.

Darstellungen der Konkurrenz

Zielgruppenanalyse

Methodik

Die Zielgruppenanalyse dient dazu, ein tiefgehendes Verständnis der potenziellen Nutzer zu gewinnen, um ein Produkt zu entwickeln, das deren Bedürfnisse und Erwartungen erfüllt. Dazu wurden verschiedene Methoden angewendet: Die Persona-Methode nach Alan Cooper hilft, Nutzergruppen durch realitätsnahe Charaktere greifbar zu machen. Die Sinus-Milieus segmentieren die Zielgruppe anhand sozialer Werte und Lebenswelten, während das Limbic-Modell emotionale und motivationale Antriebe analysiert. Durch die Kombination dieser Ansätze entsteht ein umfassendes Bild der Zielgruppe, das sowohl soziale als auch emotionale Aspekte berücksichtigt. Diese Erkenntnisse fließen gezielt in die Gestaltung des Produkts ein.

Zusätzlich zur Analyse durch Personas, Sinus-Milieus und das Limbic-Modell habe ich eine quantitative Umfrage durchgeführt, um zielgruppenbedingte Hypothesen zu überprüfen. Diese diente dazu, zentrale Annahmen aus der vorhergehenden Analyse zu validieren und ein breiteres Meinungsbild potenzieller Nutzer zu erhalten. Idealerweise hätte ich ergänzend qualitative Interviews mit potenziellen Kunden geführt, um noch tiefere Einblicke in ihre Bedürfnisse und Erwartungen zu gewinnen. Die zeitlichen Rahmenbedingungen ließen dies jedoch nicht zu. Stattdessen habe ich ein qualitatives Interview mit einem Mikroalgenzüchter geführt, das maßgeblich zur Entwicklung einiger Hypothesen für die spätere Umfrage beigetragen hat.

Moodboards

Um ein erstes Stimmungsbild der Zielgruppe zu erhalten, habe ich zwei Moodboards erstellt – eines für die Primär- und eines für die Sekundärpersona. Diese visualisieren deren Lebensstil, Vorlieben und Werte. Daraus habe ich Schlüsselwörter abgeleitet, die als Basis für die gestalterische Ausrichtung dienen. Die zentrale Botschaft lautet: Moderner Komfort trifft auf Nachhaltigkeit – eine innovative Symbiose aus Gesundheitsbewusstsein und kunstvollem Stil.

Zielgruppenrecherche

Primärpersona: Anna Meier

Sie gehört zum postmateriellen Milieu, das für Umweltbewusstsein, Selbstverwirklichung und hohe Qualitätsansprüche steht. Ihr Limbic Type ist »Offene« mit Tendenz zu den »Harmonisierern«, wodurch sie innovative und ästhetisch ansprechende Lösungen schätzt. Demografisch betrachtet ist sie wahrscheinlich eine gebildete Frau über 35 Jahren mit Kindern, da diese Gruppe häufiger nachhaltige Produkte kauft.

Alter	38 Jahre
Beruf	Marketing Managerin
Bildung & Abschluss	Master in Betriebswirtschaft mit Schwerpunkt Marketing
Familienstand	Verheiratet, 2 Kinder
Wohnort	München, DE
Berufliche Branche	Marketing und Kommunikation für nachhaltige Produkte
Bruttoeinkommen	ca. 55.100,00 €
Sinus Milieu	Postmaterielles Milieu
Limbic Type	Harmoniser, Open-Minded

Anna ist Marketing Managerin aus München, spezialisiert auf nachhaltige Produkte. Sie lebt mit ihrem Ehemann und zwei Kindern in einer urbanen Wohnung, die sie mit umweltfreundlichen Möbeln und Zimmerpflanzen gestaltet hat. In ihrer Freizeit praktiziert sie Yoga und genießt Outdoor-Aktivitäten. Anna kauft bevorzugt nachhaltige Marken wie Patagonia und Fairphone und fördert ihre Familie durch gesunde Ernährung. Ihr Ziel ist es, Mikroalgen effizient anzubauen, ohne viel Aufwand, und ein hochwertiges, modernes Produkt zu nutzen. Sie schätzt Investitionen in qualitativ hochwertige, nachhaltige Produkte, erwartet jedoch auch eine einfache Handhabung.

Sekundärpersona: Felix Weber

Sie gehört zum expeditive Milieu, das für Innovationsfreude und technologische Aufgeschlossenheit steht. Ihr Limbic Type kombiniert »Abenteurer« und »Hedonisten«, was auf eine dynamische, experimentierfreudige Zielgruppe hindeutet, die Wert auf Individualität und ästhetische Erlebnisse legt. Diese Gruppe besteht leicht überdurchschnittlich aus Männern, meist ohne Kinder und am Beginn ihrer Karriere.

Alter	32 Jahre
Beruf	Architekt
Bildung & Abschluss	Diplom in Architektur
Familienstand	Ledig
Wohnort	Zürich, CH
Berufliche Branche	Architektur und Design
Bruttoeinkommen	ca. 60.000,00 CHF
Sinus Milieu	Expeditives Milieu
Limbic Type	Adventurer, Hedonist

Felix ist ein Architekt aus Zürich, der sich auf umweltfreundliche, technologisch fortschrittliche Bauprojekte spezialisiert hat. Er lebt in einem minimalistischen Loft und liebt Kunst, Kultur sowie High-Tech-Gadgets. Als Single genießt er das urbane Leben und wird für seine kreativen Ideen und Ästhetik geschätzt. Felix strebt danach, ein Vorbild für nachhaltiges und stilbewusstes Leben zu sein. Er bevorzugt Marken wie Hugo Boss, Apple und IKEA und legt großen Wert auf funktionale, ästhetisch ansprechende Produkte. Frustrationen entstehen bei mangelnder Technikqualität oder unpassendem Design.

Quantitative Umfrage

In einer quantitativen Umfrage mit über 100 Teilnehmern wurden die Präferenzen potenzieller Kunden zu Mikroalgenprodukten, Pflanzenhaltung und Einrichtungsgewohnheiten ermittelt. Die Umfrage zielte darauf ab, Erkenntnisse über das Interesse an Mikroalgen, Kaufgewohnheiten für nachhaltige Produkte und die Bereitschaft, für Qualität und Ästhetik mehr zu zahlen, zu gewinnen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Mehrheit der Befragten Pflanzen besitzt, Interesse an Mikroalgenkultivierung hat und für hochwertige, nachhaltige Produkte bereit ist, mehr zu bezahlen. Die Umfrage bestätigte mehrere Hypothesen und lieferte wertvolle Einblicke in die Zielgruppendefinition und Produktgestaltung.

Umfragehypothesen

• Die Befragten sind generell bereit, Mikroalgen regelmäßig zu sich zu nehmen, wenn diese einen neutralen Geschmack besitzen.
• Die Befragten, sofern sie bereits Pflanzen halten, haben ein generelles Interesse Mikroalgen bei sich zu Hause zu kultivieren.
• Die Befragten sind bereit, für qualitativ hochwertige Einrichtungsobjekte mehr Geld auszugeben.
• Die Befragten sind bereit, für nachhaltig hergestellte Einrichtungsobjekte mehr Geld auszugeben.
• Die Befragten tendieren dazu, weniger DIY zu machen und wollen eher fertige Gegenstände haben.
• Die Befragten bevorzugen eine Kombination aus Ästhetik und Funktionalität mit einer Tendenz zur Ästhetik (Emotionales Design).

4. Designprozess

Anforderungen der Zielgruppe

Aus der Recherche wurden folgende Anforderungen an das Produkt abgeleitet:

• Effizienz: Das Produkt soll eine effiziente Mikroalgenkultivierung ermöglichen.
• Nutzerfreundlichkeit: Einfache Bedienung und Wartung.
• Nachhaltigkeit: Eine gute Ökobilanz und langlebige Materialien.
• Ästhetik: Ein formschönes Design, das gut in den Wohnraum passt.

Praktische Funktionen

Die praktischen Funktionen spielen eine zentrale Rolle im Designprozess, da sie direkt auf die Nutzerfreundlichkeit und Effizienz des Produkts abzielen. Durch die Analyse und Integration von Funktionen wie der effizienten Mikroalgenkultivierung, der einfachen Bedienung und Ernte sowie der modularen Bauweise wurde sichergestellt, dass das Produkt sowohl praktisch als auch wartungsfreundlich ist. Diese praktischen Aspekte bilden die Grundlage für die ästhetische Gestaltung, da sie in das Design integriert wurden, um eine benutzerzentrierte Lösung zu schaffen.

• Effiziente Kultivierung: Eine Wasserpumpe sorgt für die Zirkulation des Mediums, und LED-Streifen unterstützen die Photosynthese. Ein Heizstab sorgt für konstante Temperaturbedingungen.
• Einfache Bedienung und Ernte: Eine modulare Bauweise ermöglicht die einfache Wartung und Reinigung. Die Interaktionen umfassen das Überprüfen des Wachstums, Ernten, Hinzufügen von Nährstoffen und das Ein- und Ausschalten des Lichts. Diese Funktionen sind benutzerfreundlich und leicht zugänglich.
• Hochwertige Gestaltung: Die Wahl der Primärform des Objekts fiel auf eine zylindrische Form, die sich eleganter und emotionaler anfühlt und besser in Wohnräume passt als ein plattener Formansatz.

Funktionsweise

Die Funktionsweise des Produkts wurde so konzipiert, dass sie eine effiziente und benutzerfreundliche Nutzung ermöglicht. Die Mikroalgenkultivierung erfolgt durch eine Wasserpumpe, die das Medium kontinuierlich bewegt, während ein Diffusor die Umgebungsluft mit einbringt, um das Wachstum zu optimieren. Der Dichtesensor überwacht den Kulturzustand und signalisiert, wann die Mikroalgen geerntet werden können. Die Filterung erfolgt auf Knopfdruck, wobei der Filter im Inneren des Objekts befüllt und entleert wird, um die Ernte zu erleichtern. Weitere Funktionen wie die Steuerung des Lichts und die Nährstoffzufuhr wurden so platziert, dass sie für den Nutzer leicht zugänglich sind und eine komfortable Handhabung gewährleisten.

Baugruppen

Die Baugruppen des Produkts sind modular aufgebaut, was den Zusammenbau und die Wartung erleichtert. Das Objekt besteht aus drei Hauptbauteilen: dem Fuß mit den elektronischen Komponenten, dem Tank für die Mikroalgen und dem Deckel, der den inneren Zylinder und den Filter enthält. Diese Bauteile werden durch wasserdichte Verbindungen und einen Bajonettverschluss zusammengefügt, um eine stabile Konstruktion zu gewährleisten. Die Maße des Objekts wurden unter Berücksichtigung des goldenen Schnitts optimiert, um eine ausgewogene Proportion und eine ästhetisch ansprechende Form zu erreichen. Der modulare Aufbau sorgt dafür, dass die einzelnen Komponenten effizient zusammenarbeiten und gleichzeitig eine benutzerfreundliche Handhabung bieten.

Form

In der Entwurfsphase wurde das Grundgerüst des Produkts weiterentwickelt. Die Form des Objekts wurde auf Basis der praktischen und ästhetischen Anforderungen gestaltet. Nach der Evaluation einer zylindrischen Primärform wurden verschiedene Entwürfe mit unterschiedlichen Sekundärformen skizziert und anhand einer Wahrnehmungsskala bewertet. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf die ästhetische Funktion gelegt, die Werte wie moderne Kunst, Innovation und Ordnung widerspiegeln sollte.

Wahrnehmungsskala mit Entwurfsskizzen

Die Entwürfe wurden mit einer Punkteskala bewertet, um die besten Konzepte auszuwählen. Inspiriert von Ross Lovegrove’s Tŷ Nant Flasche, wurde eine wellenartige Sekundärform gewählt, die symbolisch für die Lebensumstände der Mikroalgen steht und gleichzeitig eine moderne und geordnete Formqualität vermittelt.

Finaler Entwurf

Material

In der Materialwahl wurde besonderes Augenmerk auf die sinnliche Wirkung des Objekts gelegt. Die meisten Bauteile werden aus Kunststoff gefertigt, wobei die Herausforderung darin besteht, ein recycelbares und stabileres Material zu finden, das den Anforderungen der Zielgruppe gerecht wird. Polycarbonat (PC) wurde aufgrund gesundheitlicher Bedenken und schwierigen Recyclingmöglichkeiten verworfen. Stattdessen fiel die Wahl auf Polyethylenterephthalat (PET), das sowohl transparent, langlebig als auch gut recycelbar ist und sich für lebensmittelechte Anwendungen eignet. Für die Schlauchsysteme wurde Polyurethan (PU) aufgrund seiner Haltbarkeit und Lebensmittelechtheit ausgewählt.

Oberfläche und Farbe

Für die Oberflächenstruktur wurde eine reduzierte Komplexität gewählt, um Reflektionen und Staubansammlungen zu minimieren. Die Baugruppen wie Fuß und Deckel erhalten eine angeraute Oberfläche, während der Tank transparent bleibt, um die Freiform im Raum hervorzuheben. In Bezug auf die Farbe wird das Produkt in vier neutralen Varianten angeboten, um eine breitere Zielgruppe anzusprechen. Diese Farbwahl soll zudem eine emotionalere Nutzererfahrung fördern.

5. Visuelles Design

Das endgültige Design wurde sorgfältig entwickelt, um die Balance zwischen innovativem, modernen Aussehen und benutzerfreundlicher Handhabung zu gewährleisten. Ein zentrales Element des Designs ist die zylindrische Grundform, die eine klare und organische Struktur schafft. Diese Form bietet nicht nur eine funktionale Basis für die unterschiedlichen Funktionsbereiche des Objekts, sondern trägt auch zur Ästhetik bei, indem sie dem Produkt eine moderne, minimalistische Erscheinung verleiht. Die Verwendung von freigeformten Sekundärformen unterstützt den ästhetischen Anspruch, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen.

Die angerauten Baugruppen wie Fuß und Deckel verhindern störende Reflektionen und Fingerabdrücke, während der transparente Tank die besondere Form des Objekts im Raum betont. Die Farbwahl in neutralen Tönen wie Schwarz, Weiß und Titan unterstützt diese Ästhetik, da sie das Produkt für eine breite Zielgruppe zugänglich macht und gleichzeitig die Möglichkeit zur Individualisierung bietet.

Ein wichtiges Ziel des Designs war es zudem, Universaldesign-Prinzipien zu integrieren, um eine barrierefreie Nutzung zu ermöglichen. Dies betrifft insbesondere die ergonomische Gestaltung der Bedienelemente. Der Filterdeckel wurde so konzipiert, dass er für eine breite Zielgruppe gut greifbar ist. Die Dimensionen des Deckels orientieren sich an der Handspannweite von Nutzern zwischen dem 5. Perzentil weiblich und dem 95. Perzentil männlich, um eine einfache Handhabung zu gewährleisten, ohne die Funktionalität oder das ästhetische Erscheinungsbild zu beeinträchtigen.

Zusammengefasst wurde das visuelle Design so entwickelt, dass es sowohl funktional als auch ästhetisch ansprechend ist. Die Ziele – eine ansprechende, nachhaltige Form, benutzerfreundliche Funktionalität und Barrierefreiheit – wurden erreicht, ohne Kompromisse bei der Gestaltung einzugehen.

6. Fazit

Das »Spore«-Projekt war eine anspruchsvolle, aber äußerst lehrreiche Erfahrung. Durch die Kombination von theoretischer Forschung, technischer Innovation und ästhetischem Design konnte ein funktionaler und visuell ansprechender Mikroalgen-Bioreaktor entwickelt werden. Trotz Herausforderungen bei der Materialwahl, der Automatisierung und der ergonomischen Gestaltung konnte ich alle gesetzten Ziele erreichen und wichtige praktische Erkenntnisse gewinnen. Das Projekt zeigt großes Potenzial für die Zukunft und könnte mit weiteren Anpassungen und Erweiterungen zu einem marktfähigen Produkt werden.

7. Reflexion

Die Entwicklung des »Spore«-Projekts war eine sehr bereichernde Erfahrung, bei der ich die gesetzten Ziele erfolgreich erreichen konnte. Besonders positiv hervorzuheben ist die umfassende Analyse des Mikroalgenkultivierungsprozesses sowie die Identifikation der Anforderungen für einen Mikroalgen-Bioreaktor in Wohnräumen. Das Design des Produkts kombiniert ästhetische Ansprüche mit funktionaler Benutzerfreundlichkeit, unterstützt durch nachhaltige Materialien und durchdachte Automatisierungslösungen. Besonders zufrieden bin ich mit der Entwicklung der Automatisierung, die jedoch eine größere Herausforderung darstellte als zunächst erwartet. Es war schwierig, eine zuverlässige und einfach zu bedienende Technik zu finden, die die Prozesse effizient steuert, was mehrere Iterationen erforderte.

Ein weiterer kritischer Punkt war die Materialwahl. Der Spagat zwischen Funktionalität, Nachhaltigkeit und Ästhetik war nicht immer einfach. Besonders die Auswahl der richtigen Kunststoffe, die sowohl lebensmittelecht als auch nachhaltig sind, stellte mich vor einige Herausforderungen, da die Recyclingfähigkeit bei gleichbleibend hoher Produktqualität schwer zu gewährleisten war. Auch die ergonomische Gestaltung, wie bei der Dimensionierung des Filterdeckels für verschiedene Handgrößen, war anspruchsvoll, da sie sowohl funktional als auch ästhetisch ansprechend sein musste.

Trotz dieser Herausforderungen bin ich stolz auf das Ergebnis. Die Schwierigkeiten haben mir wertvolle Einblicke in die Praxis der Produktentwicklung gegeben und gezeigt, wie wichtig es ist, flexibel zu bleiben und Lösungen zu finden, die das bestmögliche Ergebnis in Funktionalität und Design bieten. Das Projekt hat großes Potenzial für die Zukunft, insbesondere durch mögliche Erweiterungen wie eine App oder angepasste Designvarianten für unterschiedliche Zielgruppen.