Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GEA Westfalia Separator Group GmbH durchgeführt. Ziel ist es, ein technologisches Konzept zu entwickeln, das aus einer Kombination verschiedener integrierter Prozesse zur ganzheitlichen Nutzung mehrerer, verschiedenartiger Pflanzenrohstoffe besteht. Die integrierten Prozesse produzieren Energie, Chemikalien, Treibstoffe und Materialien für technische Anwendungen. Als Rohstoffe werden die Presssäfte der Ölpalme, Jatrophanuss und von Sweet Sorghum sowie alle Fruchtreste und die Bagasse eingesetzt. Folgende Zielprodukte und Anwendungsfelder sind zu nennen. Bernsteinsäure (für Hochleistungskunststoffe und grüne Lösungsmittel), Biodiesel (Biotreibstoff), Biogas (Erzeugung der Prozessenergie), Fasern und Proteine (biobasierter Materialien) sowie organischer Dünger (Rückführung der Nährstoffe auf Anbauflächen). Alle Prozeßschritte sollen in einer intelligenten Art und Weise verknüpft werden. Somit wird eine vollständige Nutzung der Pflanzenrohstoffe erreicht. Es wird Gebrauch gemacht von innovativer Bio- und Maschinentechnologie sowie von biokompatibler Chemie. Typische abfallerzeugende chemische Prozesschritte werden durch neuartige enzymatische und fermentative Prozessschritte ersetzt. Toxische und nicht bioabbaubare Chemikalien werden nicht eingesetzt. Das Resultat wird eine Abschätzung der Machbarkeit in Bezug auf technische, ökonomische, ökologische und soziale Aspekte sein. Dieses Projekt fußt auf einschlägiger Erfahrung und auf Kenntnissen mehrerer Forschungs-und Industriepartner in Deutschland.
Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von PlanET Biogastechnik GmbH durchgeführt. Ziel ist es ein technologisches Konzept zu entwickeln, das aus einer Kombination verschiedener integrierter Prozesse zur ganzheitlichen Nutzung mehrerer, verschiedenartiger Pflanzenrohstoffe besteht. Die integrierten Prozesse produzieren Energie, Chemikalien, Treibstoffe und Materialien für technische Anwendungen. Als Rohstoffe werden die Presssäfte der Ölpalme, der Jatrophanuss und von Sweet Sorghum sowie alle Fruchtreste und die Bagasse eingesetzt. Folgende Zielprodukte und Anwendungsfelder sind zu nennen: Bernsteinsäure (für Hochleistungskunststoffe und grüne Lösemittel), Biodiesel (Biotreibstoff), Biogas (Erzeugung der Prozessenergie), Fasern und Proteine (biobasierte Materialen) sowie organischer Dünger (Rückführung der Nährstoffe auf Anbauflächen). Alle Prozessschritte sollen in einer intelligenten Art und Weise verknüpft werden. Somit wird eine vollständige Nutzung der Pflanzenrohstoffe erreicht. Es wird Gebrauch gemacht von innovativer Bio- und Maschinentechnologie sowie von biokompatibler Chemie. Typische abfallerzeugende chemische Prozessschritte werden durch neuartige enzymatische und fermentative Prozessschritte ersetzt. Toxische und nicht bioabbaubare Chemikalien werden nicht eingesetzt. Das Resultat wird eine Abschätzung der Machbarkeit in Bezug auf technische, ökonomische, ökologische und soziale Aspekte sein. Dieses Projekt fußt auf einschlägiger Erfahrung und auf Kenntnissen mehrerer Forschungs- und Industriepartner in Deutschland und in Indonesien.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Ziel ist es ein technologisches Konzept zu entwickeln, das aus einer Kombination verschiedener integrierter Prozesse zur ganzheitlichen Nutzung mehrerer, verschiedenartiger Pflanzenrohstoffe besteht. Die integrierten Prozesse produzieren Energie, Chemikalien, Treibstoffe und Materialien für technische Anwendungen. Als Rohstoffe werden die Presssäfte der Ölpalme, der Jatrophanuss und von Sweet Sorghum sowie alle Fruchtreste und die Bagasse eingesetzt. Folgende Zielprodukte und Anwendungsfelder sind zu nennen: Bernsteinsäure (für Hochleistungskunststoffe und grüne Lösemittel), Biodiesel (Biotreibstoff), Biogas (Erzeugung der Prozessenergie), Fasern und Proteine (biobasierte Materialen) sowie organischer Dünger (Rückführung der Nährstoffe auf Anbauflächen). Alle Prozessschritte sollen in einer intelligenten Art und Weise verknüpft werden. Somit wird eine vollständige Nutzung der Pflanzenrohstoffe erreicht. Es wird Gebrauch gemacht von innovativer Bio- und Maschinentechnologie sowie von biokompatibler Chemie. Typische abfallerzeugende chemische Prozessschritte werden durch neuartige enzymatische und fermentative Prozessschritte ersetzt. Toxische und nicht bioabbaubare Chemikalien werden nicht eingesetzt. Das Resultat wird eine Abschätzung der Machbarkeit in Bezug auf technische, ökonomische, ökologische und soziale Aspekte sein. Dieses Projekt fußt auf einschlägiger Erfahrung und auf Kenntnissen mehrerer Forschungs- und Industriepartner in Deutschland und in Indonesien.
Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ThyssenKrupp Industrial Solutions AG durchgeführt. Siehe Antrag: Im Rahmen des Gesamtprojektes sollen durch ThyssenKrupp Industrial Solutions die Pentose- und Hexosehaltigen Hydrolysate des Organosolvverfahrens auf ihre Eignung als Fermentationssubstrate zur Herstellung organischer Säuren (Milchsäure, Bernsteinsäure) getestet werden. Dadurch soll eine Mindest-Spezifikation für diese Hydrolysate entwickelt werden mit dem Ziel später breiteren Zugang zu kostengünstigen Kohlenstoffquellen zu erlangen. Zuerst sollen Vorversuche zur prinzipiellen Verwertbarkeit mit den bereitgestellten Hydrolysaten auf vorhanden Milch- und Bernsteinsäureproduzenten getestet werden. Hierfür sind im Wesentlichen Tests im Schüttelkolben sowie 1L-Parallelreaktorsystem vorgesehen. Geeignete Kombinationen aus Hydrolysat und Stämmen sollen dann einer Fermentationsoptimierung unterzogen werden welche abschließend bis in den 250L-Maßstab überführt werden soll.
Das Projekt "IBÖ-02: BvB - Bioelektrische Herstellung von Bernsteinsäure" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines neuen bioelektrischen Verfahrens zur fermentativen Herstellung von Bernsteinsäure. Der biochemische Prozess wird hierbei mit einem elektrochemischen verknüpft, wobei in einer bioelektrochemischen Zelle kathodenseitig zusätzliche Elektronen für die biochemische Synthese von Bernsteinsäure aus organischen Substraten bereitgestellt werden. Die Ausbeute an Bernsteinsäure soll mit diesem Prozess erhöht und die Bildung oxidierter Nebenprodukte wie Essigsäure minimiert werden. Der aktuelle Kenntnisstand zur bioelektrischen Herstellung von organischen Säuren wird im Rahmen von Literatur- und Patentrecherchen ermittelt. Zur potenziellen Plattformchemikalie Bernsteinsäure wird eine Marktrecherche durchgeführt und das Optimierungspotenzial der fermentativen Produktion mit Hilfe der Elektrobiosynthese herausgearbeitet. Aufbauend auf den Rechercheergebnissen werden eine Fermentationsanlage und eine elektrochemische Zelle im Labormaßstab aufgebaut. Die Laboranlage wird zur Erprobung der bioelektrischen Herstellung von Bernsteinsäure mit dem anaeroben Bakterium Anaerobiospirillum succiniciproducens eingesetzt. Auf der Anodenseite der Zelle werden Elektronen mittels einer elektrolytischen Wasserspaltung freigesetzt. Auf der Kathodenseite wird die fermentative Produktion der Bernsteinsäure aus organischen Substraten durchgeführt, wobei eine Aufnahme der Elektronen durch die Bakterien erfolgen soll. Zur Unterstützung der Elektronenübertragung auf die Bakterien wird zusätzlich der Einsatz von Mediatoren untersucht. Die Ausbeute und das Spektrum der produzierten Säuren werden mit einer konventionellen Fermentation ohne Elektronenzufuhr verglichen. Die Ergebnisse werden einem noch auszuwählenden Expertengremium vorgestellt, um Partner für die weitere Entwicklung des Verfahrens in der Machbarkeitsphase zu gewinnen.
Das Projekt "Bioökonomie International 2016: Integrierte Bernsteinsäureproduktion durch Nutzung von Xylose aus Lignocellulose und Kohlendioxid aus Biogas und Ethanolfermentation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer fermentativen Bernsteinsäureproduktion in der Bakterien CO2 fixieren und Xylose als Kohlenstoffquelle (aus Weizenstroh oder Maisfasern) nutzen. Biogas und CO2 aus der Bioethanolfermentation dienen als CO2-Quellen. Biogas besteht zu 40 % aus CO2 und ca. 60 % aus CH4, während der Gasstrom aus der Bioethanolproduktion reines CO2 ist. Um Biogas im Erdgasnetz zu speichern bedarf es einer Abtrennung des CO2. Dieses in Bernsteinsäure zu überführen dient also auch der Aufreinigung des Biogases zum Einspeisen. Die Nutzung von Lignocellulosen Rohstoffen für die Bioökonomie kann über unterschiedliche Wege geschehen. Eine thermochemische Vorbehandlung führt zur Hydrolyse von Xylan, dem Hauptbestandteil der Hemicellulose. Die entstehende Xylose steht dann zur weiteren Nutzung zur Verfügung. Durch SucciniGas lässt sich die Bernsteinsäureproduktion in Bioraffinerien und Biogasanlagen integrieren, wodurch Synergieeffekte ausgenutzt werden können.
Das Projekt "C. glutamicum als Plattform-Organismus für neue und effiziente Produktionsverfahren (BioProChemBB) - Teilvorhaben 4: Konstruktion und Charakterisierung von C. glutamicum-Stämmen zur Produktion von Succinat und Itaconat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-1: Biotechnologie durchgeführt. Corynebacterium glutamicum wird seit Jahrzehnten erfolgreich für die biotechnologische Produktion von mehr als drei Millionen Tonnen Aminosäuren pro Jahr eingesetzt. Aufgrund der nachgewiesenen Eignung für die großtechnische Produktion hat sich C. glutamicum zu einem intensiv beforschten Modellorganismus in der Weißen Biotechnologie entwickelt. Das Ziel des ERA-IB-Verbundprojektes BioProChemBB bestand darin, C. glutamicum zu einem Plattform-Organismus weiterzuentwickeln, der nicht nur für die Produktion von Aminosäuren, sondern auch anderer industriell relevanter Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt werden kann. Im Fokus von BioProChemBB standen dabei verschiedene Dicarbonsäuren, die im Rahmen einer Studie des U.S. Department of Energy als vielversprechende chemische Bausteine aus nachwachsenden Rohstoffen identifiziert worden waren. Das Ziel des vorliegenden Teilprojekts 4 war die Konstruktion und Charakterisierung von C. glutamicum-Stämmen zur Produktion von Succinat und Itaconat. Succinat ist eine Plattform- Chemikalie, aus der eine Reihe bisher petrochemisch hergestellter 'Bulk'-Chemikalien synthetisiert werden können, wie z.B. 1,4-Butandiol, Tetrahydrofuran oder g-Butyrolacton. Itaconat ist eine ungesättigte C5-Dicarbonsäure, die unter anderem für die Herstellung von Polymeren von Interesse ist und z.B. petrochemisch erzeugtes Acrylat oder Methylacrylat ersetzen könnte. Für die Succinat-Produktion sollten sowohl die aerobe als auch die anaerobe Herstellung aus Glucose sowie aus Glycerin, einem Nebenprodukt der Biodiesel-Herstellung, etabliert werden. Die entsprechenden Stämme sollten rational über 'metabolic engineering' konstruiert werden, basierend auf dem umfangreichen Wissen zum Stoffwechsel und seiner Regulation in C. glutamicum. Für die Itaconat-Produktion sollte erstmals ein bakterieller Produktionsstamm entwickelt werden, der Vorteile gegenüber dem natürlichen Produzent Aspergillus terreus bieten könnte.
Das Projekt "C,H - Carboxylierung von Acetylen mit CO2 und anschließender Hydrierung der Propiolsäure: Ein klimafreundlicher Zugang zu C4-Grundchemikalien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Chemie, Lehrgebiet Organische Chemie, Arbeitsgruppe Lukas Gooßen durchgeführt. Das Ziel des Promotionsvorhabens ist die rationale Entwicklung einer nachhaltigen, abfallminimierten und umweltfreundlichen Methode zur Synthese der C4-Grundchemikalien Bernsteinsäure und Butan-1,4-diol ausgehend aus Acetylendicarbonsäure. Als Grundlage für die Entwicklungsarbeiten soll ein in meiner Diplomarbeit entwickeltes Katalysatorsystem für die doppelte Carboxylierung von Acetylen zur Acetylendicarbonsäure dienen. Anschließend soll ein weiteres Katalysatorsystem entwickelt werden, das die Dreifachbindung zum thermisch stabilen Dicarboxylat reduziert und die Bernsteinsäure beim Erhitzen freisetzt. Alternativ dazu soll untersucht werden, ob die komplette Reduktion der Acetylendicarbonsäure bis hin zur Grundchemikalie Butan-1,4-diol in Gegenwart einer milden Base möglich ist. Die Aminbase soll mit Hilfe einer Destillation vom Produkt abgetrennt und in den Prozess zurückgeführt werden, so dass die Gesamtreaktion als einziges Nebenprodukt Wasser freisetzen würde.
Das Projekt "ChemBioTec: Mikrodosiertechnik zur parallelen Optimierung der umweltfreundlichen biotechnischen Herstellung von Bernsteinsäure" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, School of Engineering and Design, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Jährlich werden 15 000 Tonnen Bernsteinsäure hauptsächlich durch chemische Prozesse aus fossilen Rohstoffen hergestellt und als Ausgangsstoff für Polyesterharze, Farbstoffe und Pharmazeutika verwendet (Zeikus et al. 1999). Die petrochemische Synthese von Bernsteinsäure, die Schwermetallkatalysatoren, hohe Temperaturen und hohe Drücke erfordert, erfolgt über die katalytische Hydrierung von Maleinsäureanhydrid oder Maleinsäure (Cornils und Lappe 2002). Auf Grund von ökologischen und ökonomischen Vorteilen besteht allerdings ein großes Interesse, diese Basischemikalie aus erneuerbaren Rohstoffen zu erzeugen. Hierfür bieten sich mikrobielle Produktionsverfahren an (McKinlay et al. 2007). In jüngster Zeit wurden zahlreiche Studien zur Bernsteinsäureproduktion mit prokaryotischen Wildtyp- oder rekombinanten Mikroorganismen publiziert (Zeikus et al. 1999, Wendisch et al. 2006, McKinlay et al. 2007). Berichte zum Einsatz eukaryotischer Mikroorganismen zur Bernsteinsäureherstellung sind dagegen selten. Im Rahmen dieses Vorhabens wurde die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae ausgewählt, um das Potential für die Herstellung von Bernsteinsäure auszuloten. Dieser gut charakterisierte eukaryontische Mikroorganismus, dessen Genom vollständig sequenziert ist und der als eukaryontischer Modellorganismus dient, ist ein industriell etablierter, robuster Produktionsorganismus in der Weißen Biotechnologie. Saccharomyces cerevisiae wird beispielsweise seit vielen Jahrzehnten zur Herstellung von Bioethanol industriell eingesetzt. Prozesstechnisch vorteilhaft sind die hohe pH- und Osmotoleranz, die guten Wachstumseigenschaften, das breite Substratspektrum und die relative Unempfindlichkeit gegenüber organischen Säuren (Nevoigt, 1997). Außerdem sind sämtliche Werkzeuge zur genetischen Optimierung etabliert. Daher ist Saccharomyces cerevisiae ein attraktiver Kandidat zur Entwicklung neuer biotechnologischer Prozesse zur Herstellung von Basischemikalien wie Succinat (Hansen und Kielland-Brandt, 1996 Ostergaard et al., 2000). Zielsetzung dieses Forschungs- und Entwicklungsvorhabens war die Entwicklung eines Bernsteinsäureproduktionsstammes basierend auf Saccharomyces cerevisiae über gezieltes metabolisches Design des Zentralstoffwechsels. Um die Vielzahl der rekombinanten Hefestämme, die im Rahmen der iterativen Stammentwicklung hergestellt werden unter prozesstechnischen Bedingungen zu evaluieren und zu charakterisieren, wurde ein System aus parallelen Rührkesselreaktoren im Milliliter-Maßstab, bezeichnet als 'Bioreaktorblock', eingesetzt (Weuster-Botz et al. 2005). Um Ausbeuteverluste durch den Crabtree-Effekt der Hefe bei der Produktion von Bernsteinsäure zu vermeiden und einen effizienten Prozess zu etablieren, muss die Bernsteinsäureproduktion im Zulaufverfahren erfolgen.usw
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ASA Spezialenzyme GmbH durchgeführt. Ziel ist es ein technologisches Konzept zu entwickeln, das aus einer Kombination verschiedener integrierter Prozesse zur ganzheitlichen Nutzung mehrerer, verschiedenartiger Pflanzenrohstoffe besteht. Die integrierten Prozesse produzieren Energie, Chemikalien, Treibstoffe und Materialien für technische Anwendungen. Als Rohstoffe werden die Presssäfte der Ölpalme, der Jatrophanuss und von Sweet Sorghum sowie alle Fruchtreste und die Bagasse eingesetzt. Folgende Zielprodukte und Anwendungsfelder sind zu nennen: Bernsteinsäure (für Hochleistungskunststoffe und grüne Lösemittel), Biodiesel (Biotreibstoff), Biogas (Erzeugung der Prozessenergie), Fasern und Proteine (biobasierte Materialen) sowie organischer Dünger (Rückführung der Nährstoffe auf Anbauflächen) Alle Prozessschritte sollen in einer intelligenten Art und Weise verknüpft werden. Somit wird eine vollständige Nutzung der Pflanzenrohstoffe erreicht. Es wird Gebrauch gemacht von innovativer Bio- und Maschinentechnologie sowie von biokompatibler Chemie. Typische abfallerzeugende chemische Prozessschritte werden durch neuartige enzymatische und fermentative Prozessschritte ersetzt. Toxische und nicht bioabbaubare Chemikalien werden nicht eingesetzt. Das Resultat wird eine Abschätzung der Machbarkeit in Bezug auf technische, ökonomische, ökologische und soziale Aspekte sein. Dieses Projekt fußt auf einschlägiger Erfahrung und auf Kenntnissen mehrerer Forschungs- und Industriepartner in Deutschland und in Indonesien.
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