Integrierte Bioraffinerien für nachhaltige Prozesse und Produkte

Fokusthemenfeld “Integrierte Bioraffinerien für nachhaltige Prozesse und Produkte“

Die Entwicklung von Bioraffineriekonzepten und -systemen, in denen Bereitstellung von Biomasse und deren Umwandlung in Produkte integriert sind, stellen ein Kernelement für die Transformation von einer erdölbasierten Ökonomie zur Bioökonomie dar. Dabei müssen viele verschiedene biobasierte Rohstoffe nutzbar gemacht werden: Eigens angebaute Pflanzen für energetische beziehungsweise stoffliche Nutzung, die gegebenenfalls durch Züchtung für die spätere Nutzung verbessert worden sind, aquatische Pflanzen, Abfallstoffe beziehungsweise Nebenströme aus der Landwirtschaft, der Lebensmittelindustrie und Forstwirtschaft sowie Reststoffe aus der Papierindustrie. Bei der Verwendung von Energie- beziehungsweise Stoffpflanzen sind mehrjährige Pflanzen möglicherweise zu bevorzugen, wenn diese auf ansonsten nicht genutzten, für die landwirtschaftliche Gewinnung von Nahrungsmitteln ungeeigneten mageren Böden entsprechende Erträge liefern können.

Eine Bioraffinerie muss nicht nur eine breitere und variablere Spanne an Edukten verarbeiten können als konventionelle Rohölraffinerien. Vielmehr müssen völlig neue Prozesse und Verfahren entwickelt werden. Während in etablierten petrochemischen Verfahren die Rohstoffe in organischen Lösungsmitteln bei oft hohen Temperaturen umgewandelt werden, erfordern die Bestandteile von Biomasse Umwandlungsprozesse bei niedrigen Temperaturen in elektrolythaltigen Lösungsmitteln. Biotechnologische Prozesse zur Herstellung von Plattformchemikalien benötigen große Mengen an Hilfsstoffen und Wasser. Um ein Skalieren in den Produktionsmaßstab zu ermöglichen, werden Techniken zur möglichst vollständigen Rückführung von Lösungsmitteln, Katalysatoren und Prozesswasser innerhalb einer Bioraffinerie benötigt. Für Reststoffe aus der verarbeiteten Biomasse wie Mineralien oder organische Reststoffe müssen Möglichkeiten für eine Rückführung in Stoffkreisläufe geschaffen werden beispielsweise als landwirtschaftlicher Dünger.

Projektbeispiele

AP3 - Advanced Pulping for Perennial Plants: A holistic and sustainable integrated lignocellulose biorefinery concept
April 2017 - Dezember 2020

HyImPAct - Hybrid processes for Important Precursor and Active pharmaceutical ingredient
Januar 2018 - September 2021

Bio² - Integration of next generation biosurfactant production into biorefinery processes
Mai 2017 - Dezember 2020

BEProMod - Incremental multi-scale and multi-disciplinary Modeling of Processes in Bioeconomy
Juli 2014 - Juni 2017

InducTomE - Induction of secondary metabolites in tomato by-products for extraction and economic evaluation of the model process
November 2015 - Dezember 2017

Foto: Kira Müntjes, Institut für Mikrobiologie, HHU Düsseldorf

PectiLyse - Activation of intrinsic enzymes for degradation of plant biomass side-streams
November 2015 - Oktober 2017

BIOExpresSPro - Research and technology platform for the identfication, production, secretion and optimization of enzymes
Januar 2014 - Dezember 2016

Alle Projekte zum Fokusthemenfeld

UstiLyse 01/14 – 12/14	Improving plant biomass conversion by Ustilago maydis for sustainable production of platform chemicals	Mikrobiologie (HHU) Mikrobiologie (RWTH)
EnZIP 01/14 – 12/15	Enzymatische Zellwandmodifikation in Pflanzen zur verbesserten Biomassenutzung	Molekulare Biotechnologie, Botanik und Molekulare Genetik (RWTH) Biochemie II (HHU) Pflanzenwissenschaften (FZJ)
GLUFACT 01/14 – 12/16	Gluconobacter-Factory: Strains and processes for stereoselective oxidative conversion of renewable carbon sources to industrial products	Systemische Mikrobiologie (FZJ) Molekulare Enzymtechnologie (HHU) Botanik und Molekulare Genetik (RWTH)
BIOExpresSPro 01/14 – 12/16	Research and technology platform for the identfication, production, secretion and optimization of enzymes	Molekulare Enzymtechnologie (HHU) Systembiotechnologie, Systemische Mikrobiologie (FZJ) Botanik und Molekulare Genetik, Biotechnologie (RWTH)
OrCaCel 07/14 – 09/16	OrganoCat plant & pulping combinations for the full valorization of lignocellulose from perennial plants from marginal land	Botanik und Molekulare Genetik, Technische und Petrolchemie (RWTH) Pflanzenwissenschaften (FZJ)
BEProMod 07/14 – 06/17	Incremental multi-scale and multi-disciplinary Modeling of Processes in Bioeconomy	Systembiotechnologie (FZJ) Systemverfahrenstechnik, Software and Tools for Computational Engineering (RWTH)
BioBreak 11/14 – 12/16	Enzymes for Biomass Breakdown	Molekulare Enzymtechnologie, Biochemie I (HHU) Enzymprozesstechnik, Bioverfahrenstechnik (RWTH)
MoniCon 04/15 – 03/16	Establishing online-methodology to monitor growth of single species in fungal consortia	Bioverfahrenstechnik (RWTH) Mikrobiologie (HHU)
PectiLyse 11/15 – 10/17	Activation of intrinsic enzymes for degradation of plant biomass side-streams	Mikrobiologie (HHU) Mikrobiologie, Bioverfahrenstechnik (RWTH)
InducTomE 11/15 – 12/17	Induction of secondary metabolites in tomato by-products for extraction and economic evaluation of the model process	Botanik und Molekulare Genetik, Fluidverfahrenstechnik (RWTH) Pflanzenwissenschaften (FZJ) Gartenbauwissenschaften, Technologie- und Innovationsmanagement (U Bonn)
SPREAD 11/15 – 10/18	Silphium Perfoliatum – Resource Evaluation And Development	Entwicklungs- und Molekularbiologie der Pflanzen (HHU) Nachwachsende Rohstoffe (U Bonn) Enzymprozesstechnik (RWTH)
MetEvo 01/16 – 12/16	Metabolic evolution of microorganisms for the efficient utilization of carbon sources	Bioverfahrenstechnik (RWTH) Systemische Mikrobiologie (FZJ)
AquaPro 04/16 – 03/17	Using invasive alien aquatic plant biomass for bioenergy production	Biochemie der Pflanzen (HHU) Bioverfahrenstechnik (RWTH)
BioDeg 12/16 – 12/17	Boosting plant biomass degradation by combined use of lignin- and cellulose-degrading enzymes	Biochemie II (HHU) Botanik und Molekulare Genetik (RWTH)
AP3 04/17 – 12/20	Advanced Pulping for Perennial Plants: A holistic and sustainable integrated lignocellulose biorefinery concept	Pflanzenwissenschaften (FZJ) Botanik und Molekulare Genetik, Technische und Petrolchemie, Fluidverfahrenstechnik, Systemverfahrenstechnik, Technologie- und Innovationsmanagement (RWTH) Entwicklungs- und Molekularbiologie der Pflanzen, Pflanzliche Zellbiologie und Biotechnologie (HHU)
Bio2 05/17 – 12/20	Integration of next generation biosurfactant production into biorefinery processes	Bioverfahrenstechnik, Mikrobiologie, Fluidverfahrenstechnik, Chemische Verfahrenstechnik (RWTH) Mikrobiologie, Molekulare Enzymtechnologie (HHU) Systemforschung und Technologische Entwicklung (FZJ)
HyImPAct 01/18 – 09/21	Hybrid processes for Important Precursor and Active pharmaceutical ingredient	Systembiotechnologie (FZJ) Bioorganische Chemie (HHU) Fluidverfahrenstechnik, Operations Management (RWTH)
XyloSens 10/18 – 03/21	Development of a xylose sensor toolbox for microbial process monitoring and control	Systembiotechnologie (FZJ) Physikalische Biologie (HHU) Bioverfahrenstechnik (RWTH)
iBiomass 11/18 – 12/19	Improve maize biomass for processing applying OrganoCat technology	Mikrobiologie, Pflanzliche Zellbiologie und Biotechnologie (HHU) Technische und Petrolchemie (RWTH)
Lignin2Value 09/19 – 02/21	Valorization of lignin from agricultural residues for integrated biorefinery	Biochemie II (HHU) Pflanzenwissenschaften, Systembiotechnologie (FZJ)
DesignR 08/20 – 10/21	Tailoring Biosurfactants – Production of Designer Rhamnolipids	Bioverfahrenstechnik (RWTH) Molekulare Enzymtechnologie (HHU) Fluidverfahrenstechnik (RWTH)
LIFT 07/20 – 6/21	Lignin fractionation and separation to produce different technical lignins	Pflanzenwissenschaften (FZJ) Fluidverfahrenstechnik (RWTH)
SurfIn 06/22 – 05/25	Surface Active Biomolecules for the Chemical Industry	Molekulare Enzymtechnologie (HHU) Angewandte Mikrobiologie, Bioverfahrenstechnik und Fluidverfahrenstechnik (RWTH) Technologie- und Innovationsmanagement im Agribusiness (U Bonn)
BioPlasticycle 06/22 – 05/25	Transitioning bioplastics to the circular economy	Systemische Biotechnologie, Systemische Mikrobiologie und Agrosphäre (FZJ) Bioanorganische Chemie und Operations Management (RWTH) Makromolekulare Chemie (HHU)
NextVegOil 06/22 – 05/25	Production of a sustainable and tailor-made microbial palm oil substitute from agricutural residues	Pflanzliche Zellbiologie und Biotechnologie und Mikrobiologie (HHU) Bioverfahrenstechnik (RWTH) Technologie- und Innovationsmanagement im Agribusiness (U Bonn)
MK-ScaLoop 07/22 – 06/25	Towards an industrial-scale process for a biotechnological production of methyl ketones in a novel multiphase loop reactor	Fluidverfahrenstechnik und Angewandte Mikrobiologie (RWTH) Systemforschung und Technologische Entwicklung (FZJ)
LignoTex 07/22 – 06/25	Integrated Biorefinery for Sustainable Production and Processing of Lignin for Textile Application	Pflanzenwissenschaften (FZJ) Textiltechnik, Fluidverfahrenstechnik, NGP2 und Bioanorganische Chemie (RWTH) Marktforschung der Agrar -und Ernährungswirtschaft (U Bonn)
ToxPot 01/22 – 12/23	Evaluation of the potential of utilizing potato-side streams for extraction of alkaloids	Bioinformatik (FZJ) Bioorganische Chemie (HHU) Molekulare Phytomedizin (U Bonn)
PREDIG 02/22 – 09/23	Modelling software to predict the enzymatic digestion of biomass	Computergestützte Zellbiologie (HHU) Pflanzenwissenschaften (FZJ)

Fokusthemenfeld “Integrierte Bioraffinerien für nachhaltige Prozesse und Produkte“

Projektbeispiele

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