Bioeconomy Science Center
Forschung und Kooperation für nachhaltige BioÖkonomie

Bioeconomy Science Center
Forschung und Kooperation für nachhaltige BioÖkonomie

Systems Engineering

Systems Engineering berührt als Querschnittsthema alle Größenskalen bio(techno)logischer Systeme sowie alle Arbeitsgebiete des Bioeconomy Science Centers.

Zielsetzung ist die Repräsentation komplexer biologischer und technischer Wechselwirkungsnetzwerke in Form mathematischer Modelle (Modellierung), die darauf aufbauende Entwicklung und Anwendung rechnergestützter Methoden zur Gewinnung quantitativer Aussagen (Simulation), die Modellvalidierung (Parameterschätzung, Versuchsplanung) sowie die anschließende Anwendung modellgestützter, im Idealfall optimierungsgestützter Methoden für die Produkt- und Prozessentwicklung in der Bioökonomie.

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Wissenschaftliche Themenschwerpunkte

  • Verständnis zellulärer Funktionen sowie gezielte Veränderung der Stoffwechselleistungen von Zellen. Das komplexe Interaktionsnetzwerk der molekularen Komponenten lebender Zellen ist Gegenstand der Systembiologie.

  • Modellgestützte Methoden, basierend auf der Modellierung biochemischer Netzwerke sind ein zentraler Baustein für das Verständnis zellulärer Funktionen sowie die gezielte Veränderung der Stoffwechselleistungen einer Zelle für die Weiße und Grüne Biotechnologie.

  • Optimierung biotechnologischer Prozesse für die Produktion von Wertstoffen und Biomasse. Der rechnergestützte Entwurf und die Optimierung biotechnologischer Produktionsprozesse und der Produktion von Biomasse in Bioreaktoren erfordert die Modellierung und Simulation mehrstufiger technisch-biologischer Prozesse. Als Grundlage eines optimierungsgestützten modellbasierten Entwurfs ist dazu sowohl ein prozesstechnisches Detailverständnis der einzelnen Prozessschritte als auch eine Gesamtprozessmodellierung erforderlich.

  • Modellierung von Prozessen zur Umwandlung von Biomasse zu Produkten. Analog zu biotechnologischen Produktionsprozessen sind Prozesse zur Umwandlung von Biomasse zu Produkten durch verschiedene Verfahren der Bio- und Chemo-Katalyse zu modellieren und rechnergestützt zu optimieren. Dabei sollen neben Katalyse insbesondere auch Biomasseaufschluss und Downstream-Processing in einem integralen Ansatz betrachtet werden.

  • Rechnergestützte Auswertung von Wachstums- und Transportprozessen in Pflanzen. Wachstums- und Transportprozesse in Pflanzen resultieren aus dem Zusammenspiel ihrer zellulären Untereinheiten und pflanzeninterner Leitungsbahnen. Mit dem Ziel einer Optimierung der Biomasseproduktion nicht nur bezüglich Ertrag sondern auch bzgl. chemischer Zusammensetzung und Standortanpassung müssen entsprechende Messdaten rechnergestützt ausgewertet werden.

  • Simulation von Transport- und Umsetzungsprozessen in Böden. In analoger Weise sind Stofftransport und Umsatz in Böden großflächig nur mit Hilfe von Simulationsmodellen verstehbar.

  • Abschätzung der Gesamtwirtschaftlichkeit von biobasierten Produktionsketten. Auf der oberster Skala der Energie- und Materialwirtschaft in der Bioökonomie kann nur eine detaillierte Bilanzierung aller Material- und Energieflüsse im Zusammenhang mit einem biotechnologischen, pflanzlichen oder tierischen Produktionsprozess zu einer Gesamtwirtschaftlichkeitsabschätzung führen.

Hier finden Sie eine Übersicht von allen Arbeitsgruppen im BioSC