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2013|14 Jahresbericht Fraunhofer IGB

102 BIOCONSEPT – VON DER PFLANZE ZUM KUNSTSTOFF Dr. rer. nat. Nicole Helber, Fabian Haitz M. Sc., Priv.-Doz. Dr. Steffen Rupp, Dr.-Ing. Susanne Zibek Biobasierte Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen zweiter Generation Die Rohstoffe für die industrielle Biotechnologie stammen in erster Linie aus landwirtschaftlichen Produkten – Glukose aus zuckerhaltigen Pflanzen wie Zuckerrüben oder stärkehaltigen Pflanzen wie Getreide, Pflanzenöle aus Saaten. Diese bioba- sierten Rohstoffe der sogenannten ersten Generation stehen jedoch in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion und ihr Einsatz für die Produktion von Biokraftstoffen oder biobasier- ten Chemikalien ist umstritten. Ein Konzept, das bereits in ei- ner Bioraffinerie umgesetzt wird, ist die vollständige energeti- sche und stoffliche Nutzung von biobasierten Rohstoffen der sogenannten zweiten Generation. Hierzu gehören Lignozel- lulose aus Holzabfällen oder Pflanzenöle, die nicht in der Le- bensmittelindustrie Verwendung finden. Mit dem EU-geförderten Projekt BioConSepT, an dem neben dem Fraunhofer IGB 30 weitere europäische Partner aus For- schung und Industrie beteiligt sind, wird die Verwertung von Rohstoffen zweiter Generation zur Herstellung von biobasier- ten Polymeren untersucht. Ziel des Projekts ist es, Prozesse zu liefern, die Rohstoffe der zweiten Generation in werthaltige Chemikalien konvertieren. Diese sind dabei bis zu 30 Prozent günstiger und nachhaltiger als entsprechende chemische oder biotechnologische Verfahren, die mit Rohstoffen der ersten Generation arbeiten. Die Partner haben Verfahren zur Her- stellung von Chemikalien aus Rohstoffen der zweiten Gene- ration ausgewählt, in denen enzymatische, mikrobielle sowie chemische Reaktionen eingesetzt und miteinander kombiniert werden. Als Zielmoleküle wurden in einem ersten Auswahl- prozess 2,5-Furandicarbonsäure, Itaconsäure, Bernsteinsäure, langkettige Dicarbonsäuren, Diamine, Diamide und Epoxide identifiziert. Zudem wird die Herstellung von Biotensiden und Glycerolcarbonat betrachtet. Durchbrüche bei der Kostenre- duktion und Nachhaltigkeit der ausgewählten Prozesse sollen durch die Einführung kontinuierlicher Prozesse, neuer Reakto- ren und selektiver Trenntechnologien erzielt werden. Ein wei- teres Ziel des Projekts ist die Bereitstellung von Mustermengen für die Markterprobung von biobasierten Polymeren, Harzen, Weichmachern, Biotensiden und Lösungsmitteln. Dicarbonsäuren aus Pflanzenölen Langkettige Dicarbonsäuren sind chemisch aufwendig und teuer zu synthetisieren, stellen jedoch ein interessantes Zwi- schenprodukt für die Synthese von Kunststoffen wie Polyes- tern dar. Hefen der Gattung Candida oder Pichia sind in der Lage, Fettsäuren zu den entsprechenden Dicarbonsäuren zu oxidieren. Das Fraunhofer IGB konnte bereits ein Verfahren für die Herstellung von Dicarbonsäuren mit der Hefe Candida cenakerosene etablieren. Bis zu 100 g / ​l 1,18-Octadecendi- carbonsäure konnte in einem optimierten Prozess aus Ölsäure fermentativ erzeugt werden [1]. Im Zuge des BioConSepT-Pro- jekts wird am Fraunhofer IGB die Bildung von Dicarbonsäuren aus weiteren Fettsäuren von Pflanzenölen untersucht. Neben der Prozessentwicklung werden derzeit neue Hefestämme zur Dicarbonsäureherstellung untersucht und robuste Produkti- onsstämme erzeugt, die eine möglichst hohe Dicarbonsäure- ausbeute ermöglichen. Epoxide aus Pflanzenölen Bei der Epoxidierung ungesättigter Fettsäuren und Triglyzeri- de entstehen Produkte mit gesteigerter Polarität und Reakti- vität. Diese Epoxide können als PVC-Stabilisatoren, Weichma- cher oder in biobasierten Polymeren eingesetzt werden. Als CHEMIE 1 Rohstoffe C5 / ​C6- Zucker Lignozellulose Fette und Öle Fettsäuren / ​ Glycerol Konversion und Separation 2,5-Furan­ dicarbonsäure Itaconsäure Bernsteinsäure Langkettige Dicarbonsäuren Amine Epoxide Demo / ​Pilot Demo 1 Demo 2 Anwendung Polymere Additive Harze Glycerol- carbonat Biotenside

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