F&E Netzwerk für nachhaltige Biotechnologie

Überblick

Dieses Projekt (AZ 13176) wurde im Rahmen der ChemBioTec-Initiative von der Deutschen Bundes-stiftung Umwelt (DBU) unterstützt.

Ökoeffizienz und Nachhaltigkeit in der Weissen BiotechnologieFrank Eidena, Andreas Schmidb

a ChemBioTec, TU Dortmund, 44227 Dortmund, Germany.b TU Dortmund, Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen, Lehrstuhl Biotechnik, 44227 Dortmund, Germany.

E-mail: frank.eiden@chembiotec.de

ChemBioTec

Schwerpunkt des Kompetenznetzwerks Chem-BioTec ist die nachhaltige produktive (Bio) Katalyse und integrierte Bioprozessentwicklung in der chemischen Industrie in Zusammenarbeit zwischen Industrie und Akademia. Bestehende und während der Entwicklung neu entstehende Einschränkungen der Produktivität von Katalyseprozessen sollen überwunden und damit ein essentieller Beitrag zur zukünftigen nachhaltigen Technikentwicklung geleistet werden. Großtechnische Produktions-prozesse der Chemie zur Synthese von Futter-mitteln, Lebensmitteln, Pharmaka oder Agro-chemikalien-Intermediaten und Polymeren stehen im Mittelpunkt. So werden nicht nur grundlegende Limitationen der Biokatalyse identifiziert, sondern vielmehr neue und groß-technisch implementierte Bioprozesse nachhaltig verbessert und entwickelt. Darüber hinaus sind auch neuartige, für die chemische Synthese nicht zugängliche Produkte und innovative Biomaterialien von hohem Interesse. Dementsprechend sollen im Schwer-punkt ChemBioTec Projekte gefördert werden, die das Ziel haben, bekannte und entstehende Limitationen der Produktivität von Katalyse-prozessen zu überwinden und so einen essentiellen Beitrag zur zukünftigen Technik-entwicklung in Deutschland zu leisten.

Foto 1. Verbundtreffen der 4. Antragsrunde am 09.12.2009  in Osnabrück (DBU)

Ökoeffizienzanalyse

5. Antragsrunden

20 Verbundprojekte mit 77 Partnern

18,6 Mio. Gesamtkosten

durchschnittliche Förderung: 47 % (DBU)

Ökoeffizienzanalysen

Zusammenfassung

[1] Heck, T., H. P. Kohler, et al. (2007). Chem Biodivers 4(9): 2016-30[2] Lutz J. (2009). Seminarvortrag

Danksagungen: Referenzen

Die Entwicklungen von Produkten und Verfahren ausgehend von der Idee über die F&E bis zur Produkteinführung ist ein komplexer Weg. Entlang der Wertschöpfungskette gilt es ständig, ökonomische und qualitätssichernde Entscheidungen zu treffen. Darüber hinaus müssen zunehmend ökologische und soziale Fragen im Sinne von Marktakzeptanz und -relevanz beantwortet werden. Vor diesem Hintergrund fordert die DBU - gemeinsam mit dem Forschungsverbund ChemBioTec - im Rahmen ihrer Projektförderungen eine Ökoeffizienzanalyse zu erstellen. Als eine von wenigen Fördereinrichtungen für Produkte und Verfahren in Weissen Biotechnologie und Chemie berücksichtigt die DBU somit von Anfang an die o.a. Aspekte und sichert damit ihren geförderten Projektpartnern einen qualitativen Wettbewerbsvorteil.

Fallbeispiel

Diagramm 2. Schwerpunktstruktur von ChemBioTec

Die Ökoeffizienzanalyse selbst ist ein Instrument für die vergleichende Beurteilung von Produkten, Verfahren oder Dienstleistungen im Hinblick auf deren ökonomische und ökologische Effizienz. Allgemein ist die Ökoeffizienzanalyse aber nicht mit einer Ökobilanz gleichzusetzen, da eine Ökoeffizienzanalyse über die Betrachtung von verschiedenen ökologischen Wirkungskategorien – wie zum Beispiel dem Potential zur Klimaveränderung – hinaus die Kosten für ein Produkt/Verfahren innerhalb eines bestimmten Untersuchungsrahmens mit einbezieht. Die Bestimmung der Ökoeffizienz, bereits in frühren Phasen, kann dabei auf verschiedenen Wegen geschehen. Dazu können etwa Kennzahlen gebildet werden, die quantitative Angaben zur Ressourcenschonung mit der ökonomischen Performance ins Verhältnis setzen, wie zum Beispiel: x Tonnen eingesparter Rohstoffe pro Tonne Produkt bei gleichbleibender Wertschöpfung.

Innerhalb von ChemBioTec können folgende Grundaspekte der Prozessentwicklung bearbeitet werden:

Diagramm 1. Verteilung der 77 Partner des Verbundes

Überblick – ChemBioTec - Netzwerk

KMU: 31GU: 4 Wissenschaft: 42

Zielprodukt: CarnosinZielprozess: Carnosin-Synthese [1,2]

b-Ala-a-His

Eigenschaften:AntioxidanzVerbesserung der WundheilungAnti-glykosilierendMetal komplexierendReduktion der Anzahl freier RadikaleStimulation des Immunsystems„Anti-Aging-Drug“

H2NOH

N NH

H2N NH

OH

O

NNH

NH

S

O

O

+ COS+

1) aq. (C2H5)4N(OH)pH 9.2, 1 h, 0-10 °C

2) formic acid, pH 4.43) aq. (C2H5)4N(OH), pH 8.2

OO

Chemische-Synthese - Vinick (Pfizer)

Enzymatische Synthese

H2N NH2

O

H2NOH

N NH

H2N NH

OH

O

NNH

+ NH3+

DmpA37°C

0.1 M Na-carbonate pH 10

O O

Ökoeffizienzanalyse (Ergebnisse)

Frühphasenevaluierung Spätphasenevaluierung

Ökoeffizienzanalyse (Prozessbegleitend)

Abfallindex

kg/kg Carnosin

Chemisch: Vinick-Verfahren 16

Biologisch: Enzymherstellung 22

Biologisch: Enzymatische Synthese 643

Biologisch-Gesamt: 665

Vinick Verfahren besitzt geringsten AbfallindexBiologisches Verfahren sehr materialintensiv (Wasser)Die Synthese ist (momentan) stark optimierungs-bedürftigProzessbegleitedende Ökoeffizienzmethode gibt Hinweise auf die (Prozess-)Optimierungsrichtung

Diagramm 3. Stoffströme ermittelt mit Sabento-Software, ifu-Hamburg GmbH