Aufgaben und Lösungswege

Vorhaben

Mit der Innovationsallianz Biotenside haben sich erstmals in Deutschland renommierte Firmen und Forschungseinrichtungen in einer strategischen Allianz zusammengeschlossen, um nachhaltige und skalierbar herstellbare Alternativen zu chemisch synthetisierten Tensiden zu finden, die bislang aus fossilen Rohstoffen hergestellt werden. Dafür erforschen und entwickeln wir in der Allianz die prozesstechnische Herstellung von Biotensiden mit biotechnologischen Methoden ausgehend von heimischen nachwachsenden Roh- und Reststoffen und untersuchen systematisch deren Anwendungspotenziale.

Ergebnisse der ersten Förderphase

Während der 1. Förderphase (2018 – 2020) wurden die Bereitstellung regional verfügbarer zucker-, fett- und ölhaltiger Rohstoffe betrachtet, verschiedenste Mikroorganismen zur Herstellung unterschiedlicher Biotensidklassen untersucht und vielversprechende Kandidaten für eine anschließende Prozessentwicklung im Labormaßstab ausgewählt.

Die Prozessentwicklung umfasste einerseits die Optimierung der mikrobiellen und enzymatischen Herstellung verschiedener Biotensidstrukturvarianten und andererseits die Weiterentwicklung der Produktaufarbeitung zur Gewinnung aufgereinigter Biotenside.

Die Biotenside wurden anschließend für anwendungstechnische Untersuchungen zur Verfügung gestellt und potenzielle Anwendungsgebiete identifiziert.

Begleitet wurden die Arbeiten durch Ökobilanzierungen und techno-ökonomische Evaluierungen.

Der Abschlussbericht zur ersten Förderphase kann über das TIB-Portal abgerufen werden:
Schlussberichte aller Teilprojekte zur ersten Förderphase der Allianz Biotenside

Arbeitsplan der zweiten Förderphase

In der 2. Projektphase (2021 – 2024) nimmt die Umsetzung der Maßstabsübertragung einen größeren Stellenwert ein. Eine Fermentation soll aber erst dann sinnvollerweise in die nächste Größenordnung skaliert werden, wenn robuste, regelbare und automatisierte Prozesse vorhanden sind und zusätzlich die Möglichkeit besteht, die hohen Mengen an Fermentationsbrühe aufzureinigen. Unbekannte biologische Kenndaten und fehlende Apparate oder technische Entwicklungen im größeren Maßstab stellen erhebliche Risiken für einen zu frühen Scale-up in den Kubikmeter-Maßstab dar. So kann es in der Fermentation zu einem unkontrollierten Schäumen, zur Überdosierung von Feed oder der Verarmung von essenziellen Nährkomponenten kommen. Dies führt zu einer nicht-reproduzierbaren Biotensidsynthese oder bringt den Prozess zum Erliegen.

Betrachtet man die Aufreinigungsstrecke, so stellt eine aufwendige Aufarbeitung oft den größten Kostentreiber dar. Hier gilt es, vorhandene und innovative Technologien zu untersuchen, zu verknüpfen und zu optimieren, so dass die Anzahl der Schritte für die Aufarbeitung der Biotenside minimiert wird. Dieser ganzheitlichen prozesstechnischen Risiko- und Kostenminimierung widmen sich die Partner in der 2. Projektphase.

In der 1. Phase wurde ein größeres Portfolio an Biotensiden untersucht und einige Biotenside konnten bereits aufgrund ihrer Performance spezifischen Anwendungsgebieten zugeordnet werden. In der 2. Phase werden diese Biotenside für die individuellen Einsatzbereiche näher charakterisiert. Dies ist nur mit größeren Mustermengen ab dem 100-Gramm-Maßstab möglich.

Darüber hinaus werden Untersuchungen zur Überprüfung des Sicherheitsprofils für Umwelt und Mensch notwendig. In der 2. Projektphase werden daher Gefährdungsanalysen durchgeführt und Sicherheitsdatenblätter erstellt, um notwendige Untersuchungen für individuelle Biotenside in den spezifischen Anwendungsbereichen zu identifizieren. Dies ist insbesondere notwendig, da Kriterien (Regularien, Richtlinien) je nach Anwendungsgebiet grundlegend unterschiedlich sein können.