Zusammenfassung

Im Rahmen des NextVegOil-Projekts wurde erfolgreich ein innovatives und nachhaltiges Verfahren zur Herstellung einer Palmöl-Alternative aus Maisstroh entwickelt. Dieser bahnbrechende, interdisziplinäre Ansatz zeichnet sich durch die Verknüpfung von Pflanzenbiologie, Mikrobiologie, Bioverfahrenstechnik und wirtschaftlicher Analyse aus und bietet eine tragfähige Lösung, um die Abhängigkeit von herkömmlichem Palmöl zu verringern. Im Rahmen des Projekts nutzten wir den Pilz Ustilago maydis, um Maisbiomasse in einen Palmölersatz umzuwandeln.
Es wurden Fermentationsverfahren im kleinen Maßstab etabliert, um verschiedene Vorbehandlungsmethoden für Maisstroh zu vergleichen, wobei sich die enzymatische Hydrolyse als besonders effektiv erwies und die Prozesseffizienz steigerte. Die etablierte Technologie wurde zudem genutzt, um potenzielle Enzyme zu identifizieren, die in den Pilz eingeführt werden könnten, um einen effizienteren Prozess ohne Enzymzugabe zu ermöglichen. Parallel dazu wurde die Leistungsfähigkeit von U. maydis auf verschiedenen löslichen Zuckerhintergründen verschiedener Maissorten getestet und dazu genutzt, genetische Regionen im Mais zu identifizieren, die mit günstigen Biokonversionsmerkmalen assoziiert sind.
Auf mikrobiologischer Ebene wurde U. maydis weiter als Plattform für die Ölproduktion entwickelt. Es wurde ein Fluoreszenzsensor entwickelt, um die Lipidakkumulation in Echtzeit zu überwachen, und es wurden umfassende RNA-Sequenzdaten unter produktiven und nicht-produktiven Bedingungen generiert. Aus diesen Daten wurden neue Strategien und Genkandidaten identifiziert, um den Ertrag zu steigern und eine präzisere Anpassung der Fettsäurezusammensetzung zu ermöglichen.
Aus Sicht der Prozessentwicklung wurden Schlüsselparameter wie Wachstumsbedingungen und pH-Wert-Steuerung verfeinert, was eine erfolgreiche Skalierung des Bioprozesses für die industrielle Anwendung ermöglichte. Ein Modell zur Kostenschätzung ergab, dass die vorgelagerte Biomassevorbehandlung der Hauptkostentreiber für einen Prozess im industriellen Maßstab ist, wodurch Bereiche für zukünftige Optimierungen aufgezeigt wurden.
Über die technologische Entwicklung hinaus wurden die Marktdynamik und die Wahrnehmung mikrobiell gewonnener Öle durch die Verbraucher untersucht. Studien deuteten aufgrund der ökologischen Vorteile auf eine starke Akzeptanz hin; jedoch sind eine sorgfältige Kommunikation und Preisgestaltung entscheidend für die Aufrechterhaltung der öffentlichen Akzeptanz. Investitionstrends deuten darauf hin, dass moderate Innovationen bei Geschäftsmodellen effektiv Frühphasenfinanzierungen anziehen können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass im Rahmen des NextVegOil-Projekts ein integrierter Ansatz zur Herstellung nachhaltiger Palmöl-Alternativen aus Maisstroh aufgezeigt werden konnte, wobei bislang bedeutende wissenschaftliche Beiträge in sechs begutachteten Publikationen veröffentlicht wurden. Durch diese Arbeit wird nicht nur die Bioökonomie vorangetrieben, sondern es werden auch vielversprechende Lösungen für Nachhaltigkeitsherausforderungen in NRW angeboten.

BOOST FUND 2.0 Projektleiter

Dr. Marcel Mann
AVT - Bioverfahrenstechnik
RWTH Aachen
email: marcel.mann@avt.rwth-aachen.de

Partner

Prof. Dr. Pauly & Dr. Vicente Ramirez, Pflanzliche Zellbiologie und Biotechnologie, HHU Düsseldorf
Prof. Dr. Feldbrügge & Dr. Kerstin Schipper, Mikrobiologie, HHU Düsseldorf
Prof. Dr. Büchs & Dr. Kira Kauffmann, AVT - Bioverfahrenstechnik, RWTH Aachen
Prof. Dr. Bröring, ILR - Technologie- und Innovationsmanagement im Agribusiness, Universität Bonn

Projektlaufzeit

01.06.2022 - 31.08.2025

Förderung

NextVegOil ist Teil des NRW-Strategieprojekts BioSC und wurde vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.

Publikationen

Grebe, LA, Richter, P, Altenkirch, T, Mann, M, Müller, MJ, Büchs, J and Magnus, JB (2025). Sampling-free investigation of microbial carbon source preferences on renewable feedstocks via online monitoring of oxygen transfer rate. Bioprocess and Biosystems Engineering 48(3): 413-425.

Richter, P, Panchalingam, J, Miebach, K, Schipper, K, Feldbrügge, M and Mann, M (2024). Studying microbial triglyceride production from corn stover saccharides unveils insights into the galactose metabolism of Ustilago maydis. Microbial Cell Factories 23(1): 204.

Robertz, S, Philipp, M, Schipper, K, Richter, P, Miebach, K, Magnus, J, Pauly, M and Ramírez, V (2024). Monitoring corn stover processing by the fungus Ustilago maydis. Bioresources and Bioprocessing 11(1): 87.

Bröring, S and Thybussek, V (2023). Understanding the business model design for complex technology systems: The case of the bioeconomy. EFB Bioeconomy Journal 3: 100052.  

Wang, S, Robertz, S, Seven, M, Kraemer, F, Kuhn, BM, Liu, L, Lunde, C, Pauly, M and Ramírez, V (2023). A large-scale forward genetic screen for maize mutants with altered lignocellulosic properties. Front Plant Sci 14: 1099009.