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Untitled - Aachener Verfahrenstechnik

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Die AVT.BioVT hat sich in den letzten Jahren<br />

unter anderem mit den neuen Herausforderungen<br />

des Rohstoffwandels in der <strong>Verfahrenstechnik</strong><br />

beschäftigt. Pflanzen sind dabei in zweierlei<br />

Hinsicht interessant: Zum einen können sie als<br />

nachwachsender Rohstoff für die Industrie dienen,<br />

zum anderen aber auch als hoch spezialisierte<br />

Produzenten von pharmazeutischen Proteinen.<br />

Plattformchemikalien aus regenerativen<br />

Rohstoffen<br />

Regenerative Rohstoffe werden zunehmend von<br />

der stoffwandelnden Industrie genutzt. Auch in<br />

Aachen wird intensiv im Exzellenzcluster „Tailor-<br />

Made Fuels from Biomass (TMFB)“ an der Verwertung<br />

von Biomasse geforscht. Für grüne Biomasse,<br />

die primär aus Cellulose besteht, ist eine<br />

direkte Fermentation zu der Plattformchemikalie<br />

Itakonsäure geplant. Diese Dicarbonsäure<br />

wird bisher unter anderem in der Kunststoffindustrie<br />

eingesetzt und soll im TMFB die Vorstufe<br />

eines neuartigen maßgeschneiderten Kraftstoffs<br />

bilden. Vor der eigentlichen Fermentation muss<br />

allerdings erst die Cellulose in ihre Glucose -<br />

Untereinheiten gespalten werden. In der Natur<br />

Abb.3: BioLector<br />

geschieht dies durch eine Kombination von mehreren<br />

Enzymen, die erst in ihrem Zusammenspiel<br />

ihre größte Wirksamkeit entfalten. In der<br />

AVT.BioVT wurde daher zuerst nach einer Methode<br />

gesucht, den Abbau möglichst genau charakterisieren<br />

zu können. Die Wahl fiel dabei auf<br />

die BioLector-Technologie, die auf der Streulichtmessung<br />

basiert und Aussagen über die Abbaugeschwindigkeit<br />

der Cellulose im Mikrolitermaß-<br />

Bioverfahrenstechnik<br />

stab ermöglicht (Abb.3). Auf diese Weise konnten<br />

auch die einzelnen Enzyme detailliert untersucht<br />

werden. Die so gewonnenen Erkenntnisse<br />

sollen später dazu eingesetzt werden, diese Enzyme<br />

gezielt zu optimieren und eine geeignete<br />

Enzymmischung zu finden. Nach der Hydrolyse<br />

schließt sich die Fermentation an, für die der Pilz<br />

Ustilago maydis ausgewählt wurde. Dieser natürliche<br />

Produzent von Itakonsäure wurde zuerst<br />

ausführlich im Schüttelkolbenmaßstab charakterisiert,<br />

um den Einfluss von pH-Wert, Osmolarität<br />

und Zweitsubstratlimitierungen abschätzen<br />

zu können. Anschließend wurde der Prozess in<br />

Abb.4: Biomembranreaktor<br />

den Bioreaktor übertragen, wo vergleichbare Atmungsaktivitäten<br />

und Produktionsraten erzielt<br />

wurden. In einem Biomembranreaktor (Abb.4)<br />

werden aktuell die Möglichkeiten einer kontinuierlichen<br />

Fermentation mit Zellrückhalt zur Steigerung<br />

der Produktivität untersucht, wobei in<br />

einer engen Kooperation auf die Erfahrungen<br />

der AVT.CVT in der Membrantechnik zurückgegriffen<br />

werden kann. In der Zukunft ist die Verbindung<br />

von Celluloseabbau und Itakonsäurefermentation<br />

in einem synergistischen Prozessschritt<br />

geplant, um so einen wichtigen Schritt zur<br />

direkten Fermentation von grüner Biomasse abzubilden.<br />

Pseudo<br />

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7 Bioverfahrenstechnik Rührkessel - Die AVT im Blick

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