Bioeconomy Science Center
Forschung und Kooperation für nachhaltige Bioökonomie
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Zwei weitere FocusLabs ausgewählt: Start von greenRelease und HyImPAct Anfang 2018

Bei der zweiten FOCUS FUND-Ausschreibung im Rahmen des NRW-Strategieprojekts BioSC wurden zwei Projekte ausgewählt. Eins bezieht sich auf das Fokusthemenfeld „Smart management for plant performance“ und eins auf das Fokusthemenfeld „Modular biotransformations for high-value chemicals“. Die ersten drei FocusLabs laufen bereits seit Frühjahr 2017.

FocusLab HyImPAct: Hybrid processes for Important Precursor and Active pharmaceutical ingredients

Aktuell beruhen industrielle Bioprozesse hauptsächlich auf einem „Ein Substrat - Ein Produkt“-Konzept. Im Gegensatz dazu erfordert die Implementierung einer nachhaltigen Bioökonomie den Aufbau hochvernetzter Wertschöpfungsnetzwerke basierend auf „Multi Substrat – Multi Produkt“-Prozessen in Bioraffinerien. Die Etablierung solcher Prozesse benötigt die enge Integration von mikrobiellen Biotransformationen, enzymatischen Reaktionskaskaden, chemischen Syntheseschritten, Produktaufreinigung und techno-ökonomischen Analysen, nachfolgend als „hybride Prozesse“ bezeichnet. Aufgrund der inhärenten Komplexität, fehlender wissenschaftlicher Grundlagen und technischer Risiken steht die Entwicklung hybrider Prozesse noch am Anfang.

Im FocusLab HyImPAct soll ausgehend von D-Xylose aus Hydrolysaten lignocellulosehaltiger Biomasse ein komplexer hybrider Beispielprozess für die kombinierte Synthese von Bulk-Chemikalien und hochwertigen Substanzen entwickelt werden. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Produktion von drei Pharmazeutika ((1R,2R)-1-(3-Hydroxyphenyl)propane-1,2-Diol, Metaraminol und (1S,3S,4R)-1-(2-Bromophenyl)-3-Methyl-1,2,3,4-Tetrahydroisoquinoline-4,6-Diol) sowie deren Vorstufen, den Bulk-Chemikalien Pyruvat, L-Alanin und 1,4-Butandiol. Corynebacterium glutamicum wird hierbei als ein Plattformorganismus dienen und hinsichtlich einer kohlenstoffeffizienten Umsetzung von D-Xylose optimiert werden. Für die Synthese der gewählten Zielprodukte werden Bio- und Chemotransformationsschritte gekoppelt. Zur effizienten Aufreinigung der Vorstufen und Endprodukte werden Methoden zur in-situ Produktabtrennung optimiert.

Alle Arbeiten werden durch technoökonomische Analysen unterstützt, wobei insbesondere die bereits etablierten Produktionsverfahren mit den in HyImPAct entwickelten alternativen Verfahren verglichen werden. Gleichzeitig werden neue Modelle und Werkzeuge für die Planung, Auswertung und Optimierung hybrider Prozesse entwickelt.

Projektleiter: Dr. Stephan Noack, Institut für Bio- und Geowissenschaften 1 (IBG-1), Forschungszentrum Jülich

 

FocusLab greenRelease: GreenRelease for Plant Health

Ziel des FocusLabs greenRelease ist es, den weltweiten Einsatz von eingesetzten Fungiziden und Herbiziden signifikant zu reduzieren und somit die dadurch entstehenden Beeinträchtigungen für die Umwelt zu minimieren. Die Basis für diesen Ansatz bildet die innovative greenRelease Technologie: Speziell entwickelte Mikrogel-Container (200 nm bis 10 μM) dienen als Behälter, die mit gewünschten Verbindungen, wie z.B. Fungiziden, beladen werden können und aufgrund spezieller Ankerpeptide an der Pflanzenoberfläche (z.B. Blättern oder Früchten) haften. Die Ankerpeptide gewährleisten eine regenfeste Anbindung der Container und sind verträglich für die Pflanzen sowie biologisch abbaubar. Darüber hinaus kann die Freisetzung des jeweiligen Pflanzenschutzmittels entsprechend den Anforderungen reguliert werden. Im Rahmen des FocusLabs wird die greenRelease Technologie an Äpfeln, Kartoffeln, Zuckerrüben und Gerste getestet und der Effekt mit Pflanzen/Früchten verglichen, die mit kommerziellen Formulierungen behandelt wurden.

Das FocusLab greenRelease ist in drei Teilbereiche gegliedert: 1.Technologieweiterentwicklung und Maßstabsvergrößerung, 2. Validierung für die nachhaltige Landwirtschaft durch Fokussierung auf zwei Fungizide und zwei Herbizide und 3. ökonomische Betrachtung durch Zusammentragen der Wissensbasis, des Technologietransfers, der Marktakzeptanz und der Untersuchung von Markteintrittsoptionen für die betrachteten Anwendungsgebiete. Letzteres erfolgt insbesondere durch die Analyse bestehender und die Entwicklung neuer Wertschöpfungsketten, die zu Innovationen führen.

Projektleiter: Dr. Felix Jakob, Institut für Biotechnologie, RWTH Aachen University & DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien e.V.