Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Forschungsverbund: Integrierte chemisch-biotechnologische Herstellung von Synthesebausteinen auf Basis nachwachsender Rohstoffe in einer Bioraffinerie; Teilvorhaben 1: Projektmanagement und Rohstoffaufbereitung, Entwicklung von Biokatalysatoren, Herstellung von Synthesebausteinen, Prozess- und Produktbewertung

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB)
70569 Stuttgart
Nobelstr. 12
Kontakt
Dr.-Ing. Susanne Zibek
Tel: +49 49 711 970-4167
E-Mail: susanne.zibek@igb.fraunhofer.de
FKZ
22027407
Anfang
01.05.2009
Ende
31.10.2014
Aufgabenbeschreibung
Das geplante Vorhaben hat die Steigerung des Einsatzes nachwachsender Rohstoffe und die langfristige sowie weitgehende Umstellung chemischer Produktionsprozesse auf nach-wachsende Rohstoffe durch neue, durchgängige sowie inter- und transdisziplinäre Ansätze in Forschung, Entwicklung und Produktion für die Herstellung von Synthesebausteinen für die chemische Industrie zum Ziel. Dabei soll über eine durchgängige Entwicklung vom La-bor- bis zum Produktionsmaßstab eine integrierte Verbundproduktion auf Basis nachwach-sender Rohstoffe realisiert werden. Dieses Konzept wird durch einen Forschungsverbund aus Industrie, Universitäten und außeruniversitären Forschungsinstituten in Zusammenarbeit mit einem integrierten Chemieverbund-Standort realisiert werden. Wesentliche Innovations-felder diese Vorhabens sind die Entwicklung, Optimierung, Bewertung und Integration von wirtschaftlichen Verfahren zur Aufbereitung und Bereitstellung von heimischen pflanzlichen Ölen für die Gewinnung von Synthesebausteinen, zur chemisch-biotechnologisch katalysier-ten Konversion von heimischen pflanzlichen Ölen zu Synthesebausteinen und zur Aufarbei-tung und Weiterverarbeitung der erhaltenen Synthesebausteine zu Epoxydharzen, Hydrophobierungsmitteln, Aminen und Schmierstoffen. Damit adressiert das vorgeschlagene Vor-haben die drei essentiellen Aspekte Rohstoffe, Prozesse und Produkte bei der Nutzung nachwachsender Rohstoffe und integriert biotechnologische und kombinierte Verfahren in einen bestehenden Produktionsverbund der chemischen Industrie im Sinne eines Bioraffine-rie Konzepts.
Ergebnisdarstellung
Es wurden zwei Verfahren zur Herstellung funktionalisierter Pflanzenölderivate erfolgreich etabliert und bis in den Technikumsmaßstab demonstriert. Zum einen die mikrobiologische Herstellung langkettiger Dicarbonsäuren und zum anderen die enzymatische Synthese pflanzenölbasierter Epoxide. Die zur Epoxidierung geeigneten Enzyme wurden in Zusammenarbeit mit Eucodis und der Uni Halle identifiziert. Zur Optimierung der Prozesse zur Umsetzung verschiedenster Substrate (freie Fettsäuren, Fettsäuremethylester, Dicarbonsäuren, langkettiges Alken und Triglyzeride) wurde im Labormaßstab eine immobilisierte Lipase eingesetzt. Auf Basis der im Labormaßstab erzielten Ergebnisse wurde erfolgreich eine Maßstabsübertragung in den Technikumsmaßstab durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse bieten die Basis einer Skalierung in den industrienahen Maßstab. Zur mikrobiologischen Herstellung von Dicarbonsäuren wurden als nicht-pathogen angesehene Wildtypstämme mit S1-Einstufung identifiziert, die großes Potential zur DCA-Produktion zeigten. Die Wildtypstämme wurden hinsichtlich der Möglichkeiten zur gentechnischen Modifizierung untersucht, mit dem Ziel einen Produktionsstamm mit hohen Raum-Zeit-Ausbeuten zu erhalten. Dafür wurden die Stoffwechselwege und die beteiligten Gene identifiziert und Methoden zur genetischen Manipulation des ausgewählten Kandidaten etabliert. Des Weiteren konnte durch gentechnische Untersuchungen gezeigt werden, dass es sich bei dem aktuell eingesetzten S2-Stamm C. tropicalis nicht um den selbigen handelt. Eine sicherheitstechnische Herabstufung bedarf weiterer Pathogenitätstests und wird derzeit durchgeführt. Der Produktionsprozess zur Herstellung der langkettigen 1,18-Octadecendisäure wurde bis in den 40 L Maßstab skaliert und ein geeigneter Aufreinigungsprozess entwickelt, in dem die gewünschten Reaktionsprodukte mit geeigneten Methoden aus der Reaktionsmatrix abgetrennt werden und auf die für die Weiterverarbeitung erforderliche Reinheit aufgereinigt werden.

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