Biotechnologische Verfahren

Die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe durch die enzymatische Synthese von biobasierten Chemikalien sowie die fermentative Herstellung der Biokatalysatoren oder anderer Stoffwechselprodukte, wie beispielsweise organische Lösungsmittel und Säuren, sind Zielstellungen innerhalb der Arbeitsgruppe »Biotechnologische Verfahren«.

Ergänzt wird die Fermentationstechnik durch eine Kultivierungsplattform für Mikroalgen. Als natürliche und nachhaltige aquatische Rohstoffquelle, die eine Vielzahl chemischer Grundstoffe (wie z. B. essentielle Fettsäuren, Vitamine oder Pigmente) und eine leicht vergärbare Biomasse liefert, bieten Mikroalgen eine ideale Plattform für stofflich/energetisch gekoppelte Verfahren.

Das Team verfügt über ein breites bioverfahrenstechnisches Know-how zur Skalierung und Prozessintensivierung, wobei die im Labormaßstab entwickelten Verfahren hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit in den industrierelevanten Maßstab im Vorfeld bewertet und bei der Übertragung und Skalierung iterativ optimiert werden. Hierzu zählen etwa die Anpassung von Prozessführungsstrategien (Batch, Fed-Batch, kontinuierlich) und eine integrierte Produktaufreinigung zur Reduktion von Prozessschritten oder die Wiederverwendung der Biokatalysatoren (z. B. durch Immobilisierung an Trägermaterialien).

Aktuelle Fragestellungen

  • Enzymherstellung und Biokatalyse
  • Fermentative Herstellung von Carbonsäuren (Äpfel-, Xylon- und Itaconsäure) aus Lignocellulose-Zuckern
  • Wertstoffgewinnung aus Mikroalgen (Fettsäuren, Pigmente und Polysaccharide)
  • Prozessentwicklung und -skalierung

Leistungsangebot

 

Fermentative Herstellung von Carbonsäuren

Für die nachhaltige Herstellung von Äpfel-, Xylon- und Itaconsäure aus Lignocellulose-Zuckern erarbeiten wir neue wirtschaftliche Verfahren. Die Produktion von Äpfelsäure aus Xylose konnten wir erfolgreich im 1-m³-Maßstab demonstrieren.

Enzymherstellung und Biokatalyse

Wertstoffe aus Mikroalgen

Referenzprojekte

FDCAzymes – Lignocellulose-basierte Enzyme zur Konversion von 5-Hydroxymethylfurfural zu 2,5-Furandicarbonsäure

Laufzeit: Juni 2017 - Mai 2020

2,5-Furandicarboxysäure (FDCA) ist eine biobasierte Alternative zur petrochemisch produzierten Terephtalsäure, welche zur Herstellung von PET und Polyestern für die Verpackungs- und Textilindustrie verwendet wird. Im Projekt FDCAzymes sollen maßgeschneiderte Enzyme für die Umsetzung von 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) zu FDCA entwickelt werden, wobei das Fraunhofer CBP Rohstoffe zur Verfügung stellt (Lignocellulose-Zucker und HMF) und Partner für die Prozessentwicklung und das Scale-up ist.

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FIP 3 - Fermentative Isobutenproduktion

Laufzeit: Juli 2018 - Oktober 2019

Ziel des Projekts „Fermentative Isobutenproduktion“ ist es den Prozess in den vorindustriellen Maßstab zu überführen. Im Projekt FIP wird eine Demonstrationsanlage mit einer nominalen Kapazität von 100 Tonnen pro Jahr geplant und errichtet sowie der Produktionsprozess in ein Fermentationsvolumen von 5000 Litern und aufskaliert.

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2GEnzymes - Enzymes for 2G Sugars

Laufzeit: Juni 2016 – Mai 2019

Das Projekt verfolgt die Entwicklung eines integrierten Prozesses zur Produktion von Zuckern der 2. Generation (2GS) unter Verwendung von ligninolytischen Enzymen (LE) und neuartigen cellulolytischen Enzymen (CE).

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KomBiChemPro – Fein- und Plattformchemikalien aus Holz durch kombinierte chemisch-biotechnologische Prozesse

Laufzeit: November 2015 - Mai 2018

Das Verbundvorhaben KomBiChemPro hat das Ziel, verschiedene Entwicklungsarbeiten zur stofflichen Nutzung lignocellulosehaltiger Biomasse in einem integrierten Bioraffineriekonzept zusammenzuführen. Wichtigster Aspekt ist dabei die Herstellung markfähiger Produkte durch robuster Prozesse und effiziente Verfahrensführung, damit eine breite Anwendbarkeit und Konkurrenzfähigkeit gegenüber petrochemisch hergestellten Materialien und Chemikalien gewährleistet ist.

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Bio-Solketal - Synthese von 100 Prozent biobasiertem Solketal (Isopropylidenglycerin)

Laufzeit: September 2014 - Juni 2017 

Im Rahmen des Projektes soll die Synthese von 100 Prozent biobasiertem Solketal (Isopropylidenglycerin) in einem semi-kontinuierlichen Reaktorsystem realisiert werden.

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BioQED – Quod Erat Demonstrandum: Fermentative Herstellung und Scale-up für die Produktion von 1,4-Butandiol und Itakonsäure mit dem Ziel der Kostenreduktion und verbesserten Nachhaltigkeit

Laufzeit: Januar 2014 - Dezember 2017

Im EU-Projekt Bio-QED forschen das Fraunhofer IGB und sein Institutsteil Fraunhofer CBP an fermentativen Produktionsprozessen zur Herstellung von Basischemikalien sowie an deren Scale-up. Das Institut konzentriert sich dabei insbesondere auf die Itaconsäure-Wertschöpfungskette. 2017 hat das Fraunhofer CBP zu diesem Thema einen Demonstrationsworkshop ausgerichtet, in dem Projekthighlights und -ergebnisse vorgestellt wurden.

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Lignoplast – Funktionalisierte Ligninspaltprodukte als Synthesebausteine für die Herstellung von Klebstoffen, Lacken, Polyurethanen und Epoxiden

Laufzeit: Juli 2013 - Dezember 2016

Im Rahmen des Projekts »Lignoplast« entwickelt das Fraunhofer CBP Verfahren für die Chemieindustrie, um Kunststoffe aus Holz herzustellen. Als Basis dienen in verholzter Biomasse enthaltene Lignine. Mithilfe basenkatalytischer Spaltung werden diese organischen Verbindungen in Phenolderivate zerlegt, die wiederum zu hochwertigen Polyurethan-Schäumen oder zu Polyolen für Polyurethan-Beschichtungen von Langzeitdüngern weiterverarbeitet werden.

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Integrierte BioProduktion – Integrierte chemisch-biotechnologische Herstellung von Synthesebausteinen auf Basis nachwachsender Rohstoffe in einer Bioraffinerie

Laufzeit: Mai 2009 - April 2012

Das Verbundvorhaben hat zum Ziel, den Einsatz nachwachsender Rohstoffe zu steigern und langfristig chemische Produktionsprozesse für die Herstellung von Synthesebausteinen auf nachwachsende Rohstoffe umzustellen. Über eine durchgängige Entwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab soll dabei eine integrierte Verbundproduktion auf der Basis nachwachsender Rohstoffe realisiert werden.

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Innozym – Effiziente Herstellung technischer Enzyme

Laufzeit: April 2009 - März 2012

Das Vorhaben verfolgt sowohl einen produkt- als auch prozessorientierten Ansatz. Die Entwicklung neuer Enzyme wird exemplarisch an ausgesuchten Produktionsstämmen untersucht. Parallel entstehen im Modul »Technische Enzyme« am Fraunhofer CBP Anlagen für die Skalierung von Herstellungs- und Aufarbeitungsverfahren bis in den Pilotmaßstab. So können Enzyme, Biotransformationsprozesse und die eigentliche Enzymproduktion inklusive der Aufarbeitung in verschiedenen Organismen optimiert werden.

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