Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens VISION ist die Reduktion von Tierversuchen durch die Entwicklung einer Analyseplattform, die aus der Kombination eines fluidischen Organkultur-Systems (in vitro) und der In silico-Analyse von Krankheitsmechanismen besteht. Dieser Ansatz wird multidisziplinär in einem Verbund aus einer universitären und einer nichtuniversitären Forschungseinrichtung verfolgt. Ziel des Fraunhofer IBMT ist es a) ein 3D In vitro-Lungen/Leber-Modell zu realisieren, b) dieses mit einem fluidischen System zu kombinieren und das Modell für In vitro-Studien zur inhalativen Aufnahme von Schadstoffen zu nutzen.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von c-LEcta GmbH durchgeführt. Hauptziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung eines wirtschaftlichen Verfahrens für die Synthese komplexer sialylierter Humane-Milch-Oligosaccharide (HMO) zum Einsatz als Lebensmittel. Am Beispiel von Disialyllacto-N-Tetraose (DSLNT) soll ein neuartiges zellfreies Enzymsystem zur Synthese von Sialinsäure-Verbindungen erforscht werden. Dieses wird innerhalb des Projektes zu einem skalierbaren Verfahren entwickelt, welches zukünftig auch die wirtschaftlich effiziente Sialylierung weiterer komplexer Substanzen ermöglicht. Eine Isolation von HMO aus natürlichen Quellen ist aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit (vor allem aus Muttermilch, nur vereinzelt und in geringen Mengen in Kuhmilch) nicht möglich. Die biotechnologische Herstellung ist der einzige Weg, um spezifische HMO im industriellen Maßstab zu produzieren. c LEcta will mithilfe einer zellfreien, enzymbasierten Technologie und unter Ausnutzung evolutiver Optimierungsverfahren erstmals DSLNT als biologischen Wirkstoff für den Nahrungsmittelmarkt herstellen. Die nachhaltige, wirtschaftliche Umsetzung des Vorhabens steht dabei von Anfang an im Fokus. Ziel ist eine Enzymkaskade, die eine möglichst hohe Produktausbeute unter Anwendung möglichst geringer Enzym- und Rohstoffmengen ermöglicht. Eine der Hauptschwierigkeiten bei der Etablierung dieses Reaktionssystems liegt in der Deckung des hohen ATP-Bedarfs der DSLNT-Synthese. Daher wird durch die TUD ein effektives, innovatives ATP-Regenerationssystem entwickelt, das - im Gegensatz zu etablierten Systemen - bei hoher ATP-Recyclingrate keine negativen Auswirkungen auf die Produktausbeute durch die Freisetzung großer Phosphatmengen hat. Nur durch effiziente Kombination eines solchen Systems mit der intern entwickelten, zellfreien HMO-Synthese ist die wirtschaftliche Herstellung komplexer sialylierter HMO zukünftig möglich.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie durchgeführt. METAFOR entwickelt einen eleganten und wirtschaftlichen Hybridansatz für die elektrochemische CO2-Reduktion zu C1-Verbindungen und die nachfolgende biologische Umwandlung zu wichtigen Basischemikalien. Die methylotrophe Hefe Ogataea polymorpha wird zu einem Plattformorganismus für die Umsetzung der C1-Verbindungen Methanol und Formiat zu Wertprodukten aufgebaut. Hierfür wird sowohl die native Fähigkeit der Methanolassimilation ausgenutzt als auch ein synthetischer Formiatverwertungsweg entwickelt. Der rekombinante Stamm wird in METAFOR beispielhaft eine organische Säure (Laktat), einen Alkohol (Isobutanol), ein Isoprenoid (Isopren) und ein Keton (Aceton) synthetisieren. Basierend auf den in METAFOR entwickelten Metabolic Engineering Werkzeugen für den Organismus kann die Plattform leicht auf weitere relevante Chemikalien ausgeweitet werden. METAFOR kombiniert den mikrobiellen Prozess mit einer vorgeschalteten chemischen CO2-Reduktion zu Formiat. Dazu wird der chemische Prozess so optimiert, dass das Formiat in einer biokompatiblen, wässrigen Lösung bereitgestellt wird, die direkt in die nachfolgende Fermentation eingespeist werden kann. Hierdurch wird eine Aufreinigung des C1 Edukts unnötig und die Prozessökonomie verbessert. Durch die Kombination chemischer und biologischer Prozesse zur C1 Umwandlung nutzt METAFOR die Vorteile beider wirkungsvoll aus: Die chemische Gaskonversion erlaubt eine kosteneffektive Reduktion von CO2 zu einfachen C1-Verbindungen, die katalytische Überlegenheit biologischer Systeme erlaubt die effiziente Umwandlung in komplexere Wertprodukte. Die Verwendung nicht-gasförmiger C1 Substrate umgeht die Stofftransportlimitationen von Gasfermentationen. Die METAFOR Strategie trägt damit direkt zur Lösung prominenter Herausforderungen der C1-basierten Produktsynthese bei und liefert somit einen starken Beitrag zur Etablierung einer nachhaltigen Bioökonomie und einer verringerten Abhängigkeit der chemischen Produktion von fossilen Ressourcen.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Aachen University, Institut für Angewandte Mikrobiologie, Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie durchgeführt. METAFOR entwickelt einen eleganten und wirtschaftlichen Hybridansatz für die elektrochemische CO2-Reduktion zu C1-Verbindungen und die nachfolgende biologische Umwandlung zu wichtigen Basischemikalien. Die methylotrophe Hefe Ogataea polymorpha wird zu einem Plattformorganismus für die Umsetzung der C1-Verbindungen Methanol und Formiat zu Wertprodukten aufgebaut. Hierfür wird sowohl die native Fähigkeit der Methanolassimilation ausgenutzt als auch ein synthetischer Formiatverwertungsweg entwickelt. Der rekombinante Stamm wird in METAFOR beispielhaft eine organische Säure (Laktat), einen Alkohol (Isobutanol), ein Isoprenoid (Isopren) und ein Keton (Aceton) synthetisieren. Basierend auf den in METAFOR entwickelten Metabolic Engineering Werkzeugen für den Organismus kann die Plattform leicht auf weitere relevante Chemikalien ausgeweitet werden. METAFOR kombiniert den mikrobiellen Prozess mit einer vorgeschalteten chemischen CO2-Reduktion zu Formiat. Dazu wird der chemische Prozess so optimiert, dass das Formiat in einer biokompatiblen, wässrigen Lösung bereitgestellt wird, die direkt in die nachfolgende Fermentation eingespeist werden kann. Hierdurch wird eine Aufreinigung des C1 Edukts unnötig und die Prozessökonomie verbessert. Durch die Kombination chemischer und biologischer Prozesse zur C1 Umwandlung nutzt METAFOR die Vorteile beider wirkungsvoll aus: Die chemische Gaskonversion erlaubt eine kosteneffektive Reduktion von CO2 zu einfachen C1-Verbindungen, die katalytische Überlegenheit biologischer Systeme erlaubt die effiziente Umwandlung in komplexere Wertprodukte. Die Verwendung nicht-gasförmiger C1 Substrate umgeht die Stofftransportlimitationen von Gasfermentationen. Die METAFOR Strategie trägt damit direkt zur Lösung prominenter Herausforderungen der C1-basierten Produktsynthese bei und liefert somit einen starken Beitrag zur Etablierung einer nachhaltigen Bioökonomie und einer verringerten Abhängigkeit der chemischen Produktion von fossilen Ressourcen.
Das Projekt "Teilprojekt 4 - Umsetzungsphase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Botanisches Institut und Botanischer Garten durchgeführt. Das Projekt RüBio hat zum Ziel in Bergen auf Rügen ein integriertes Konzept der blauen bioökonomischen Kreislaufwirtschaft zu realisieren. Durch die Kombination einer Kreislaufanlagen basierten Aquakultur von Speisefischen, dem Anbau von Heil- und Nutzpflanzen, der Fütterung von Insekten auf Grundlage regional anfallender biogener Reststoffe und der Kultivierung von Mikroalgen mit nährstoffreichen Prozesswässern werden vier wichtige biologische Systeme auf innovative Art und Weise miteinander verknüpft. In diesem Teilprojekt wird die Integration eines innovativen Massen-Algen-Kultur-(MAK)-Systems zur Prozesswasserreinigung und Sauerstoffanreicherung untersucht. Die MAK wird durch nährstoffreiche Prozesswässer aus der Welszucht mit Nährstoffen versorgt und bindet durch den Aufbau von Mikroalgenbiomasse wiederum Nährstoffe (insbesondere NH4 und PO4) und reichert das Ablaufwasser mit Sauerstoff an. Das Ablaufwasser aus der MAK eignet sich grundsätzlich sowohl für die Bewässerung von Pflanzenkulturen, für den erneuten Einsatz in der Welszucht, als auch für andere Einsatzgebiete am Modellstandort. Es werden zwei Massenalgenkultur-Produktionssysteme (MAKs) I und II aufgebaut. MAK I ist ein mobiler Produktionsreaktor. MAK II ist ein stationärer Produktionsreaktor, der neben dem Versuchsgewächshaus installiert wird.
Das Projekt "Entwicklung von Methoden zur Anwendung von grenzwertorientierten Kennzahlen für das Energiemanagement in der Verfahrenstechnik über Standardisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VDI- Gesellschaft Energie und Umwelt durchgeführt. Die VDI Richtlinie 4663 Blatt1 liegt in einem ersten Vorentwurf vor. Auf der Basis dieses Entwurfes soll die darin beschriebene Methodik in vier ausgewählten Unternehmen der Prozessindustrie angewendet werden. Die Beschreibung der Methodik in der Richtlinie soll dadurch validiert werden. Vorhandene Beschreibungen für die Systemmodelle in entsprechenden Normen und Richtlinien sollen hinsichtlich der Anwendbarkeit im Zusammenhang mit der Richtlinie untersucht werden. Die physikalischen Grenzwerte sollen in Bezug auf den maximal möglichen Energieinhalt der bereitgestellten Energie bzw. auf den minimal notwendigen Energieinhalt der nutzbaren Energie definiert werden. Es wird dabei untersucht ob Stoffdaten für die Prozessströme in ausreichender Qualität zur Verfügung gestellt werden können. Die physikalischen Modelle zur Modellierung des Übertragungsverhaltens von Prozessen werden hinsichtlich der Anwendbarkeit für die Prozessbeurteilung untersucht. Es wird im Rahmen des Projektes untersucht in wie weit sich ändernde gesetzliche Grenzwerte Einfluss auf die Kennzahlen haben. Die Bewertung der Energieeffizienz von komplexen Systemen muss durch Kombination verschiedener Kennzahlen erfolgen. Die dazu notwendigen Schritte sollen in dem Projekt untersucht und validiert werden. Die im Entwurf der VDI Richtlinie 4663 bereitgestellten Werkzeuge sollen im Projekt angewendet werden und gegebenenfalls durch weitere Werkzeuge ergänzt werden. Die Probleme bei der Bereitstellung, Aufbereitung und Verarbeitung der Daten sowie bei der Visualisierung sollen im Verlauf des Projektes erkannt und einer Lösung zugeführt werden. Im Ergebnis soll die Richtlinie VDI 4663 Blatt 01 für den Weißdruck freigegeben werden können. In einem Blatt 02 sollen Beispiele exemplarisch dargestellt werden. Das Blatt 02 wird für den Gründruck vorbereitet.
Das Projekt "OekoMatBatt - Ökologisch und ökonomisch nachhaltige Materialien für die Kathoden- und Anodenbeschichtung in der Lithium-Ionen-Batterie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HOBUM Oleochemicals GmbH durchgeführt. Nachhaltiges Bindemittel für die Kathode der Lithium-Ionen-Batterie Die Säurehärtung von Epoxydharzen ist in vielen Industrien Standard. Insbesondere in der Elektronikindustrie sind säurehärtende Epoxy-Systeme weit verbreitet. Das Epoxysystem der Hobum wird aus Leinöl und anderen heimischen Pflanzenölen hergestellt. Epoxidiertes Leinöl (ELO) wird von der Hobum seit vielen Jahren in die Lackindustrie verkauft. Der Säurehärter Admerginsäure (ADA) kann darüber hinaus auch in Polyester und Alkydharzen eingesetzt werden. Das Epoxysystem besteht damit zu ca. 91% aus nachwachsendem Kohlenstoff. Die Kombination von ELO und ADA bietet viele Vorteile gegenüber derzeit verwendeten Systemen. Mit ADA ist ein flüssiger Säurehärter erhältlich. Dies ist für die Handhabung in der Batteriefabrik von großem Vorteil, da das Produkt problemlos in Tanks gelagert und durch Rohrleitungen gepumpt werden kann. Das Gemisch aus Säurehärter und Epoxidharz kann bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen von bis zu ca. 70 Grad Celsius ohne zu gelieren verarbeitet werden. In den Projekten BeBatt und LeiKonBin haben ELO und ADA ihre grundlegende Eignung als Bindemittel in der Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie gezeigt. Stand der Technik ist der Einsatz von PVDF (Polyvinylidenfluorid). PVDF ist ein Pulver, das unter Rühren über mehrere Stunden in NMP (N-Methylpyrrolidon) gelöst werden muss. Der Vorteil des alternativen Binders besteht darin, dass das toxische Lösungsmittel NMP durch ein nicht toxisches Lösungsmittel ersetzt werden kann. Aufgrund der flüssigen Natur beider Komponenten kann aber auch die Menge an Lösungsmittel in der Slurry-Bereitung des Kathodenmaterials verringert werden. Das hier vorgestellte Teilprojekt soll dazu beitragen die Nachhaltigkeit der LIB Produktion zu verbessern. Das Recyceln der gebrauchten Batterien wird dadurch leichter, der Einsatz von weniger, nicht toxischem Lösungsmittel, verbessert die arbeitsmedizinische Situation bei der Herstellung.
Das Projekt "Entwicklung von Methoden zur Anwendung von grenzwertorientierten Kennzahlen für das Energiemanagement in der Verfahrenstechnik über Standardisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TCHIBO GmbH, Referat Umweltschutz & Arbeitssicherheit durchgeführt. Die VDI Richtlinie 4663 liegt in einem ersten Vorentwurf vor. Auf der Basis dieses Entwurfes soll die darin beschriebene Methodik in drei ausgewählten Unternehmen der Prozessindustrie angewendet werden. Die Beschreibung der Methodik in der Richtlinie soll dadurch validiert werden. Vorhandene Beschreibungen für die Systemmodelle in entsprechenden Normen und Richtlinien sollen hinsichtlich der Anwendbarkeit im Zusammenhang mit der Richtlinie untersucht werden. Die physikalischen Grenzwerte sollen in Bezug auf den maximal möglichen Energieinhalt der bereitgestellten Energie bzw. auf den minimal notwendigen Energieinhalt der nutzbaren Energie definiert werden. Es wird dabei untersucht ob Stoffdaten für die Prozessströme in ausreichender Qualität zur Verfügung gestellt werden können. Die physikalischen Modelle zur Modellierung des Übertragungsverhaltens von Prozessen werden hinsichtlich der Anwendbarkeit für die Prozessbeurteilung untersucht. Es wird im Rahmen des Projektes untersucht in wie weit sich ändernde gesetzliche Grenzwerte Einfluss auf die Kennzahlen haben. Die Bewertung der Energieeffizienz von komplexen Systemen muss durch Kombination verschiedener Kennzahlen erfolgen. Die dazu notwendigen Schritte sollen in dem Projekt untersucht und validiert werden. Die im Entwurf der VDI Richtlinie 4663 bereitgestellten Werkzeuge sollen im Projekt angewendet werden und gegebenenfalls durch weitere Werkzeuge ergänzt werden. Die Probleme bei der Bereitstellung, Aufbereitung und Verarbeitung der Daten sowie bei der Visualisierung sollen im Verlauf des Projektes erkannt und einer Lösung zugeführt werden. Im Ergebnis soll die Richtlinie VDI 4663 Blatt 01 für den Weißdruck freigegeben werden können. In einem Blatt 02 sollen Beispiele exemplarisch dargestellt werden. Das Blatt 02 wird für den Gründruck vorbereitet.
Das Projekt "Teilprojekt 2 - Umsetzungsphase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von LimnoSystem UG (haftungsbeschränkt) durchgeführt. Das Projekt RüBio hat zum Ziel, in Bergen auf Rügen ein integriertes Konzept der blauen bioökonomischen Kreislaufwirtschaft zu realisieren. Durch die Kombination einer kreislaufanlagenbasierten Aquakultur von Speisefischen, dem Anbau von Heil- und Nutzpflanzen, der Fütterung von Insekten auf Grundlage regional anfallender biogener Rest-stoffe und der Kultivierung von Mikroalgen mit nährstoffreichen Prozesswässern werden vier wichtige biologische Systeme auf innovative Art und Weise miteinander verknüpft. Die Firma Limnosystem UG entwickelt in diesem Teilprojekt ein angepasstes Design für einen mobilen und einen stationären Photobioreaktor zur Kultivierung von limnischen Mikroalgen. Die technische und verfahrenstechnische Planung der Anlage ist hierbei auf die besonderen Anforderungen der anderen bioökonomischen Bausteine am Modellstandort Bergen angepasst. Im Mittelpunkt steht dabei die Aufnahme von Nährstoffen aus dem Ablaufwasser der Fischzucht und die Bereitstellung von sauerstoffreichem und gereinigtem Ablaufwasser aus der Mikroalgenkultur für den erneuten Einsatz in der Kreislaufwirtschaft. Durch diverse verfahrenstechnische Anpassungen wird es möglich sein, die Klarwasserabläufe (Temperatur, pH-Werte und maximale Nährstoffgehalte, insbesondere Ammonium) sowie die chemischen Charakteristika der Zulaufwasserfraktionen optimal zu nutzen. Durch diese Integration der Mikroalgenkultur in das bioökonomische Gesamtkonzept wird nicht nur ein wertvoller Rohstoff (Mikroalgenbiomasse) für die Herstellung von Kosmetika und die Fütterung von Insekten, Zooplankton und anderen Nutztieren erzeugt, sondern außerdem Kosten- und Energieersparnisse durch einen verringerten Zukauf von technischem Sauerstoff und die Nutzung der solaren Abwärme des Algenkulturmediums realisiert. Dies trägt zur Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit des Gesamtkonzeptes bei.
Das Projekt "Entwicklung von Methoden zur Anwendung von grenzwertorientierten Kennzahlen für das Energiemanagement in der Verfahrenstechnik über Standardisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Envidatec GmbH durchgeführt. Die VDI Richtlinie 4663 liegt in einem ersten Vorentwurf vor. Auf der Basis dieses Entwurfes soll die darin beschriebene Methodik in drei ausgewählten Unternehmen der Prozessindustrie angewendet werden. Die Beschreibung der Methodik in der Richtlinie soll dadurch validiert werden. Vorhandene Beschreibungen für die Systemmodelle in entsprechenden Normen und Richtlinien sollen hinsichtlich der Anwendbarkeit im Zusammenhang mit der Richtlinie untersucht werden. Die physikalischen Grenzwerte sollen in Bezug auf den maximal möglichen Energieinhalt der bereitgestellten Energie bzw. auf den minimal notwendigen Energieinhalt der nutzbaren Energie definiert werden. Es wird dabei untersucht ob Stoffdaten für die Prozessströme in ausreichender Qualität zur Verfügung gestellt werden können. Die physikalischen Modelle zur Modellierung des Übertragungsverhaltens von Prozessen werden hinsichtlich der Anwendbarkeit für die Prozessbeurteilung untersucht. Es wird im Rahmen des Projektes untersucht in wie weit sich ändernde gesetzliche Grenzwerte Einfluss auf die Kennzahlen haben. Die Bewertung der Energieeffizienz von komplexen Systemen muss durch Kombination verschiedener Kennzahlen erfolgen. Die dazu notwendigen Schritte sollen in dem Projekt untersucht und validiert werden. Die im Entwurf der VDI Richtlinie 4663 bereitgestellten Werkzeuge sollen im Projekt angewendet werden und gegebenenfalls durch weitere Werkzeuge ergänzt werden. Die Probleme bei der Bereitstellung, Aufbereitung und Verarbeitung der Daten sowie bei der Visualisierung sollen im Verlauf des Projektes erkannt und einer Lösung zugeführt werden. Im Ergebnis soll die Richtlinie VDI 4663 Blatt 01 für den Weißdruck freigegeben werden können. In einem Blatt 02 sollen Beispiele exemplarisch dargestellt werden. Das Blatt 02 wird für den Gründruck vorbereitet.
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