Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Co-Kultivierung von Algen und Hefen zur umweltfreundlichen Gewinnung von Biokraftstoffen und Carbonsäuren (CoKult); Teilvorhaben 2: Maßstabsübertragung

Anschrift
TZ Technisches Zentrum Entwicklungs- & Handelsgesellschaft mbH
Karl-Heine-Str. 99
04229 Leipzig
Kontakt
Dipl.-Ing. Wigand Fitzner
Tel: +49 341 4803-172
E-Mail: info@tz-leipzig.de
FKZ
22029315
Anfang
01.04.2016
Ende
30.11.2018
Ergebnisdarstellung
Die Ergebnisse der Laborversuche des UFZ wurden von der Firma TZ-Leipzig und der Linbec UG erfolgreich als Basis für die Übertragung in ein Flat-Panel-System im Technikumsmaßstab verwendet. Die Entwicklung, der Aufbau und die Inbetriebnahme im Indoor und im Outdoor-Bereich des Flat-Panel-Photobioreaktorsystem wurden durchgeführt und lieferten Daten zur Stabilität des Systems. Die Co-Kultivierungen erfolgten vor allem mit der Vorzugsvarianten Dunaliella. tertiolecta 13.86 und Yarrowia. lipolytica H181 sowie der Mikroalge Scenedesmus spec. Für die Na-Citrat Versuche wurden mathematische Modelle aufgestellt und zur Prozessführung eingesetzt. Das Anlagensystem mit 3 innovativen Flat-Panel Bioreaktoren (je 25 L) mit externer Anbindung der genutzten Kreiselpumpe (Fördermenge max. 5 m³h-1) sowie einem Konditionierungsgefäßes (40 L Edelstahlbioreaktor) ermöglichte eine quasikontinuierliche Prozessführung (Ernte und Zugabe von Substrat). Die Reaktoren bestehen aus speziell gefertigten Kopf- und Fußteilen (PVC), die auf die Hohlkammer-Stegplatten (Acrylat/Polycarbonat) montiert sind. In den Kopf-/Fußteilen erfolgt die Aufteilung des Flüssigkeitsstromes auf 30 Kammern so, dass die Kammern in Reihenschaltung durchströmt werden. Damit erfolgt jeweils eine aufwärts neben einer abwärts gerichteten Strömung. Im Fußteil eines jeden Reaktors wird in den Eingangskanal des Substrates gleichzeitig das Luft/CO2 – Gemisch mittels Kompressor zu dosiert. Als Voraussetzung für eine gezielte Vermarktung der erzeugten Biomasse/Wertstoffe (Na-Citrat) ergaben die Untersuchungen die Eignung der Aufbereitungsverfahren: - Sedimentation mit Zeolith (der Hilfsstoff kann bei der Vermarktung in der Biomasse verbleiben) - Crossflow Mikrofiltration für partikelfreie Permeate. Da das untersuchte Produkt Na-Citrat nicht zu den hochpreisigen Wertstoffen gehört, ergab eine Kosten-Bilanzierung, dass ein wirtschaftliches Verfahren erst bei Anlagensystemen mit mehr als 10.000 Liter pro Batch möglich ist.
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung von Bioverfahren zur Co-Kultivierung von phototrophen Mikroalgen und heterotrophen Hefen für die Herstellung von Biofuels und hochwertigen Biochemikalien. Die Co-Kultivierungen von Algen und Hefen ermöglichen durch einen in situ O2/CO2-transfer eine Effizienzsteigerung der Bioproduktion in der Form, dass die Hefen einen in situ Kohlendioxidproduzenten für die photosynthetische CO2-Fixierung der Mikroalgen darstellt, während die Algen den Sauerstoff für das aerobe Hefewachstum produzieren. Zwei Varianten bezüglich der Zielprodukte werden mit dem Vorhaben angestrebt: 1. Mischkultivierungen lipidbildender Algen und Hefen mit dem Ziel höherer Gesamtlipidmengen und -konzentrationen im Vergleich zu den Monokulturen, 2. Erstmalig werden carbonsäurebildende Hefen und lipidbildende Algen gemeinsam kultiviert, sodass zusätzlich zu der lipidhaltigen Algenbiomasse vor allem industriell wichtige organische Säuren (z.B. Citronensäure) in hoher Konzentration extrazellulär akkumuliert werden. Als heterotrophe Kohlenstoffquellen für Wachstum und Produktbildung der Hefen werden nachwachsende Rohstoffe und preiswerte Reststoffen der Lebensmittel- und Biokraftstoffindustrie vorgesehen. Die mit dem Projekt zu entwickelnden innovativen Co-Kultivierungsprozesse zielen durch die angestrebten geschlossenen O2/CO2-Kreisläufe auf eine höhere ökologische Effizienz und sollen die Nachhaltigkeit der Gewinnung von lipidhaltigen Biomassen und vermarktungsfähigen Carbonsäuren verbessern. Der Arbeitsplan des Vorhabens umfasst die folgenden Arbeitspakete: 1. Evaluierung von Algen/Hefen-Kombinationen für die Lipidproduktion, 2. Evaluierung von Algen/Hefen-Kombinationen für die Produktion von Carbonsäuren, 3. Substratscreening und Optimierung der Kultivierungsmedien, 4. Entwicklung und Optimierung der Bioverfahren, 5. Maßstabsübertragung der optimierten Bioprozesse unter Outdoor-Bedingungen, 6. Downstream processing, 7. Wirtschaftlichkeitsanalysen.

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