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Mikrobiell katalysierte Elektrosynthese von Bernsteinsäure, Teilvorhaben 2: Untersuchung des Elektronentransfers und Genexpressionsanalyse

Ziel ist die stoffliche Nutzung elektrischer Energie zur mikrobiellen Produktion des Kunststoffmonomers Bernsteinsäure. Hierbei wird der innovative Ansatz der mikrobiellen Elektrosynthese verfolgt. Elektrische Energie wird in den Mikroorganismus Actinobacillus succinogenes transferiert, der zugleich nachwachsende Rohstoffe zur Synthese der Katalysatoren und des Produkts nutzt. Die zusätzlichen Redoxäquivalente (NADH) durch die Aufnahme von Elektronen bewirken eine Veränderung der Stoffwechselproduktzusammensetzung in Richtung zur Bernsteinsäure. Das Konzept erlaubt die Umwandlung elektrischer Energie in komplexe Produkte unter Einsatz des selbstreplizierenden Ganzzellkatalysators unter sehr milden Reaktionsbedingungen (T kleiner als 40 Grad C, pH 7, wässriges Lösungsmittel). Zusätzlich sind die Anforderungen an die Elektroden und die Reinheit der flüssigen Phase bei einer mikrobiellen Elektrosynthese gering und somit der Prozess kostengünstig. Die Technologie der mikrobiellen Elektrosynthese konnte durch die Antragssteller bereits für die Produktion von Butanol etabliert und mehrfach publiziert werden. Im angestrebten Projekt soll ein neues, wirtschaftlich relevantes Bioproduktionsverfahren etabliert und der technologische Reifegrad des Verfahrens erhöht werden. Der Transfer der Power2X-Technologie wird zunächst in kleinen Reaktionsgefäßen durchgeführt und im Anschluss auf einen technischen Bioreaktor überführt. Hierbei werden Betrachtungen zur Skalierbarkeit durchgeführt. Zielsetzung des TV 2 ist die Untersuchung des Elektronentransfers und die Genexpressionsanalyse. Dafür soll die Biofilmbildung auf der Elektrode und die mögliche Ausbildung von Nanodrähten analysiert werden, die einen direkten Elektronentransfer ermöglichen. Unterschiede zwischen nativen und synthetischen Biofilmen werden untersucht. Erhaltene Erkenntnisse werden auf den Produktionsprozess im Bioreaktor übertragen und der Einfluss des angelegten Potentials auf die Genexpression analysiert.

Mikrobiell katalysierte Elektrosynthese von Bernsteinsäure, Teilvorhaben 1: Technische Auslegung des Reaktorsystems

Ziel ist die stoffliche Nutzung elektrischer Energie zur mikrobiellen Produktion des Kunststoffmonomers Bernsteinsäure. Hierbei wird der innovative Ansatz der mikrobiellen Elektrosynthese verfolgt. Elektrische Energie wird in den Mikroorganismus Actinobacillus succinogenes transferiert, der zugleich nachwachsende Rohstoffe zur Synthese der Katalysatoren und des Produkts nutzt. Die zusätzlichen Redoxäquivalente (NADH) durch die Aufnahme von Elektronen bewirken eine Veränderung der Stoffwechselproduktzusammensetzung in Richtung zur Bernsteinsäure. Das Konzept erlaubt die Umwandlung elektrischer Energie in komplexe Produkte unter Einsatz des selbstreplizierenden Ganzzellkatalysators unter sehr milden Reaktionsbedingungen (T kleiner als 40 Grad C, pH 7, wässriges Lösungsmittel). Zusätzlich sind die Anforderungen an die Elektroden und die Reinheit der flüssigen Phase bei einer mikrobiellen Elektrosynthese gering und somit der Prozess kostengünstig. Die Technologie der mikrobiellen Elektrosynthese konnte durch die Antragssteller bereits für die Produktion von Butanol etabliert und mehrfach publiziert werden. Im angestrebten Projekt soll ein neues, wirtschaftlich relevantes Bioproduktionsverfahren etabliert und der technologische Reifegrad des Verfahrens erhöht werden. Der Transfer der Power2X-Technologie wird zunächst ein kleinen Reaktionsgefäßen durchgeführt und im Anschluss auf einen technischen Bioreaktor überführt. Hierbei werden Betrachtungen zur Skalierbarkeit durchgeführt. Zielsetzung des TV 1 ist die technische Etablierung des neuen Reaktorsystems. Dies insbesondere durch Überarbeitung eines Bioreaktors für den Einsatz mit Elektroden unter besonderer Berücksichtigung von Korrosion im Reaktorraum. Neben den konstruktiven Ansätzen umfasst dies die Erschaffung und Charakterisierung neuer Elektodenoberflächen aus elektrisch leitfähigen, biokompatiblen Hydrogelen. Zugrundeliegende Stoffstrombilanzen werden in ein Modell überführt, um Signifikanzanalysen durchzuführen.

Mikrobiell katalysierte Elektrosynthese von Bernsteinsäure

Ziel ist die stoffliche Nutzung elektrischer Energie zur mikrobiellen Produktion des Kunststoffmonomers Bernsteinsäure. Hierbei wird der innovative Ansatz der mikrobiellen Elektrosynthese verfolgt. Elektrische Energie wird in den Mikroorganismus Actinobacillus succinogenes transferiert, der zugleich nachwachsende Rohstoffe zur Synthese der Katalysatoren und des Produkts nutzt. Die zusätzlichen Redoxäquivalente (NADH) durch die Aufnahme von Elektronen bewirken eine Veränderung der Stoffwechselproduktzusammensetzung in Richtung zur Bernsteinsäure. Das Konzept erlaubt die Umwandlung elektrischer Energie in komplexe Produkte unter Einsatz des selbstreplizierenden Ganzzellkatalysators unter sehr milden Reaktionsbedingungen (T kleiner als 40 Grad C, pH 7, wässriges Lösungsmittel). Zusätzlich sind die Anforderungen an die Elektroden und die Reinheit der flüssigen Phase bei einer mikrobiellen Elektrosynthese gering und somit der Prozess kostengünstig. Die Technologie der mikrobiellen Elektrosynthese konnte durch die Antragssteller bereits für die Produktion von Butanol etabliert und mehrfach publiziert werden. Im angestrebten Projekt soll ein neues, wirtschaftlich relevantes Bioproduktionsverfahren etabliert und der technologische Reifegrad des Verfahrens erhöht werden. Der Transfer der Power2X-Technologie wird zunächst ein kleinen Reaktionsgefäßen durchgeführt und im Anschluss auf einen technischen Bioreaktor überführt. Hierbei werden Betrachtungen zur Skalierbarkeit durchgeführt. Zielsetzung des TV 1 ist die technische Etablierung des neuen Reaktorsystems. Dies insbesondere durch Überarbeitung eines Bioreaktors für den Einsatz mit Elektroden unter besonderer Berücksichtigung von Korrosion im Reaktorraum. Neben den konstruktiven Ansätzen umfasst dies die Erschaffung und Charakterisierung neuer Elektodenoberflächen aus elektrisch leitfähigen, biokompatiblen Hydrogelen. Zugrundeliegende Stoffstrombilanzen werden in ein Modell überführt, um Signifikanzanalysen durchzuführen.

Teilprojekt 2, Teilprojekt 1

Markt für 1-Butanol

technologyComment of hydroformylation of propylene (RER, RoW): In the oxo reaction (hydroformylation), carbon monoxide and hydrogen are added to a carbon – carbon double bond in the liquid phase in the presence of catalyst (hydrocarbonyls or substituted hydrocarbonyls of Co, Rh, or Ru). In the first reaction step aldehydes are formed with one more C-atom than the original olefins. For olefins with more than two C-atoms, isomeric aldehyde mixtures are normally obtained. In the case of propylene these consist of 1-butanal and 2-methylpropanal. imageUrlTagReplace600920a3-5103-4466-9c05-fd1d8ed0d89c There are several variations of the hydroformylation process, the differences being in the reaction conditions (pressure, temperature) as well as the catalyst system used. The classic high-pressure process exclusively used until the beginning of the 1970s operates at pressures of 20 – 30 MPa (200 – 300 bar) CO/H2 and temperatures of 100 – 180 °C. The catalyst is Co. It leads to about 75 % 1-butanol and about 25 % 2-methyl-1-propanol. The new process developments of the past few years have led to a clear shift in the range of products. The processes operating at relatively low pressures (1 – 5 MPa , 10 – 50 bar) use modified Rh-catalysts. The isomeric ratios achieved are about 92 : 8 or 95 : 5 1-butanol to 2-methyl-1-propanol. However, by the use of unmodified Rh the percentage of 2-methyl-1-propanol can be increased to about 50 %. Catalytic hydrogenation of the aldehydes leads to the formation of the corresponding alcohols. As only primary alcohols can be obtained via the oxo synthesis, it is not possible to produce 2-butanol and 2-methyl-2-propanol by this process. Reference: Hahn, H., Dämkes, G., Ruppric, N.: Butanols. In: Ullmann's Encyclopedia of In-dustrial Chemistry, Seventh Edition, 2004 Electronic Release (ed. Fiedler E., Grossmann G., Kersebohm D., Weiss G. and Witte C.). 7 th Electronic Release Edition. Wiley InterScience, New York, Online-Version under: http://www.mrw.interscience.wiley.com/ueic/articles/ technologyComment of synthetic fuel production, from coal, high temperature Fisher-Tropsch operations (ZA): SECUNDA SYNFUEL OPERATIONS: Secunda Synfuels Operations operates the world’s only commercial coal-based synthetic fuels manufacturing facility of its kind, producing synthesis gas (syngas) through coal gasification and natural gas reforming. They make use of their proprietary technology to convert syngas into synthetic fuel components, pipeline gas and chemical feedstock for the downstream production of solvents, polymers, comonomers and other chemicals. Primary internal customers are Sasol Chemicals Operations, Sasol Exploration and Production International and other chemical companies. Carbon is produced for the recarburiser, aluminium, electrode and cathodic production markets. Secunda Synfuels Operations receives coal from five mines in Mpumalanga (see figure attached). After being crushed, the coal is blended to obtain an even quality distribution. Electricity is generated by both steam and gas and used to gasify the coal at a temperature of 1300°C. This produces syngas from which two types of reactor - circulating fluidised bed and Sasol Advanced SynthoTM reactors – produce components for making synthetic fuels as well as a number of downstream chemicals. Gas water and tar oil streams emanating from the gasification process are refined to produce ammonia and various grades of coke respectively. imageUrlTagReplacea79dc0c2-0dda-47ec-94e0-6f076bc8cdb6 SECUNDA CHEMICAL OPERATIONS: The Secunda Chemicals Operations hub forms part of the Southern African Operations and is the consolidation of all the chemical operating facilities in Secunda, along with Site Services activities. The Secunda Chemicals hub produces a diverse range of products that include industrial explosives, fertilisers; polypropylene, ethylene and propylene; solvents (acetone, methyl ethyl ketone (MEK), ethanol, n-Propanol, iso-propanol, SABUTOL-TM, PROPYLOL-TM, mixed C3 and C4 alcohols, mixed C5 and C6 alcohols, High Purity Ethanol, and Ethyl Acetate) as well as the co-monomers, 1-hexene, 1-pentene and 1-octene and detergent alcohol (SafolTM).

TI-Bioraffinerien: C4-Bioraffinerie: Fermentative Gewinnung von Bio-Butanol unter Verwertung von Neben-, Rest- und Abfallstoffen der Mühlenindustrie für die Weiterverarbeitung zu bio-basierten Schmierstoffkomponenten, Teilvorhaben A

TI-Bioraffinerien: C4-Bioraffinerie: Fermentative Gewinnung von Bio-Butanol unter Verwertung von Neben-, Rest- und Abfallstoffen der Mühlenindustrie für die Weiterverarbeitung zu bio-basierten Schmierstoffkomponenten, Teilvorhaben D

TI-Bioraffinerien: C4-Bioraffinerie: Fermentative Gewinnung von Bio-Butanol unter Verwertung von Neben-, Rest- und Abfallstoffen der Mühlenindustrie für die Weiterverarbeitung zu bio-basierten Schmierstoffkomponenten, Teilvorhaben C

TI-Bioraffinerien: C4-Bioraffinerie: Fermentative Gewinnung von Bio-Butanol unter Verwertung von Neben-, Rest- und Abfallstoffen der Mühlenindustrie für die Weiterverarbeitung zu bio-basierten Schmierstoffkomponenten, Teilvorhaben B

ERACoBioTECH Call 1 - Bester: Bioprozesse für eine optimierte Produktion von Butylestern aus nachwachsenden Rohstoffen, Teilprojekt Rostock

Die Spezialchemieindustrie ist ein 450-Milliarden-Dollar-Markt und Teil des globalen Chemiemarktes mit einem Gesamtwert von 5,4 Billionen Dollar. Der Projektpartner GBL umschließt bereits einen Markt für Butanol und Aceton mit einem Wert von 2,3 Milliarden US-Dollar innerhalb des Marktes für erneuerbare fortgeschrittene Technologien im kommerziellen Maßstab, zum Beispiel für die Herstellung verschiedenster Chemikalien wie Butylester. Butylester, gewonnen aus Butanol und organischen Säuren, haben vielfältige Anwendungen von der Grundchemikalie bis hin zu hochwertigen Inhaltsstoffen in Duftstoffen, Aromen, Kosmetika, Spezialpolymeren und Beschichtungen. Um einen nachhaltigen und effizienten Weg zu erneuerbaren Butylestern aus Lignocellulose-Biomasse zu generieren, wird sich das BESTER-Projekt auf die Herstellung von Carbonsäuren konzentrieren. Diese entwickelten Säuren und deren enzymatische Veresterung der Komponentenprodukte mit Butanol, auf die das BESTER Projekt abzielt, werden den Marktwert erhöhen und gleichzeitig die Treibhausgasemissionen verringern.

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