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Projektverbund BayBiotech

Ressourcenschonende Biotechnologie in Bayern

Logo von BayBiotech in Schriftform mit zwei Rauten, einmal in grün und einmal in blau. Hinter dem Logo sieht man ein wabenförmiges Muster in grüner Farbe mit Blasen.

Der Projektverbund

Mit sanften biotechnologischen Verfahren lassen sich Belastungen für die Umwelt deutlich reduzieren, Energie, Kosten und Abfälle sparen bzw. vermeiden. Biotechnologische Verfahren bieten vielfältige Möglichkeiten, die Biologisierung der Industrie zu fördern. Speziell die Industrielle (weiße) Biotechnologie (IBT) – eine dynamische Schlüsseltechnologie – besitzt große Potenziale, entscheidende Beiträge für die Ressourcenschonung und den Umweltschutz zu liefern. Mit dem Mitte 2015 eingerichteten und 2018 beendeten Projektverbund BayBiotech wurden die vielfältigen Chancen der Biotechnologie genutzt. In sechs anwendungsbezogenen Projekten und einem Koordinationsvorhaben verfolgte der Projektverbund besonders innovative Ansätze, Ressourcenschonung und Umweltschutz voranzutreiben und gleichzeitig einen Beitrag zur Bayerischen Bioökonomiestrategie zu leisten.
Der Projektverbund "BayBiotech" thematisierte beispielsweise:

  • Feinchemikalien für die Arzneimittelherstellung,
  • Biokatalysatoren,
  • Biofilme
  • und biologisch abbaubare Kunststoffe.

Bayern ist ein rohstoffarmes Land. Deshalb ist es von enormer Bedeutung, dass wir mit unseren Ressourcen sparsam, intelligent und nachhaltig umgehen. Gerade der High-Tech-Standort Bayern kann von der Ressourceneffizienz besonders profitieren. Das Bayerische Umweltministerium finanzierte den Projektverbund mit einem Gesamtvolumen von rund 2 Millionen Euro.

Video: BayBiotech - Projektverbund Ressourcenschonende Biotechnologie

zum YouTube-Kanall des Bayerischesn Staatsministeriums für Umwelt und Verbraucherschutz

Der Projektverbund wurde erfolgreich Ende 2018 abgeschlossen. Eine Zusammenfassung der Ziele und Ergebnisse findet sich hier: Broschüre.

Umweltminister Glauber bei der Abschlusspräsentation des Projektverbundes BayBiotech

Broschüre zur Abschlussveranstaltung: Programmübersicht (PDF)

BayBiotech-Projekte im Überblick

Grafik die in Pyramidenform einen strukturellen Überblick über den Projektverbund zeigt. Oben ist die Koordinierung. Dann teilt sich die Struktur in zwei Schwerpunktbereiche: Ressourcenschonung und Biopolymere. Darunter sind die sechs Teilprojekte des Verbundes und ihre Titel genannt.

Koordinierungsvorhaben zum Projektverbund
Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik an der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg

Im Koordinierungsvorhaben zum Projektverbund BayBiotech hat der Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik der FAU Erlangen-Nürnberg die Zusammenarbeit der einzelnen Projekte im Verbund und innerhalb der Schwerpunkte koordiniert, um Synergieeffekte zu schaffen. Ferner wurden die Außendarstellung des Verbunds und die Präsentation der Ergebnisse in der Öffentlichkeit übernommen. Der innovative Ansatz mehr Wert auf Vernetzung, Koordination der Forschungsarbeiten und vor allem auf die Information einer breiten Öffentlichkeit zu legen hat sich durchweg positiv auf die im Verbund geleisteten Arbeiten ausgewirkt. Nach einer übergeordneten Analyse der im Rahmen von BayBiotech gewonnene Erkenntnisse zeigte sich, dass es für die Industrielle Biotechnologie in fast allen Wirtschaftssektoren sinnvolle Einsatzmöglichkeiten für biotechnologische Anwendungen gibt.

Video: Koordinierungsvorhaben zum Projektverbund Ressourcenschonende Biotechnologie

zum YouTube-Kanal des Bayerischesn Staatsministeriums für Umwelt und Verbraucherschutz

Projektbeschreibung (PDF)

Poster(PDF)

Teilprojekte
Schwerpunkt Ressourcenschonung

In drei Fachprojekten wurden Fragestellungen bearbeitet, die in verschiedensten Industriesektoren Anwendung finden können; langfristig können sie ökonomische und ökologische Vorteile gegenüber klassischen chemischen Herstellungsverfahren unterschiedlichster Produkte bieten.

Ressourcenschonende Herstellung von Feinchemikalien

Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik an der Technischen Universität München

Chirale Feinchemikalien sind wichtige Bausteine für die Synthese bioaktiver Substanzen wie beispielsweise Pharmazeutika, Lebensmittelzusatzstoffe, Futtermittel und Agrochemikalien. Eine attraktive Möglichkeit chirale Moleküle herzustellen, bietet die Reduktion von Kohlenstoff-Doppelbindungen mit Hilfe von Enzymen. Der Vorteil ist, dass diese ressourcenschonender eingesetzt werden können, als beispielweise Chemikalien. Mit den Forschungsarbeiten kann nun ein Grundstoff für Anti-Malaria Mittel erstellt werden. Der Stoff kann aber auch anderweitig eingesetzt werden. Der hier entwickelte Bioprozess wurde zudem erfolgreich einer Maßstabsvergrößerung unterzogen.

Video: Ressourcenschonende Herstellung von Feinchemikalien

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Projektbeschreibung (PDF)

Poster(PDF)

Entwicklung neuer Ganzzellbiokatalysatoren

Lehrstuhl für Mikrobiologie an der Technischen Universität München

Im Rahmen dieses Projekts sollte die Einsetzbarkeit von Essigsäurebakterien für biotechnologische Umsetzungen erheblich verbessert und erweitert werden, um ausgehend von Verbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen oxidative Ganzzellbiotransformationen umweltfreundlich und mit noch nicht gekannter Effizienz durchzuführen. Dieser neue, flexible Ansatz wurde am Beispiel der Entwicklung von verbesserten Stämmen und Verfahren zur Herstellung des Zuckers Erythrulose aus der Alkoholverbindung Erythritol und zur Umsetzung von Glukose zu Weinsäure demonstriert. Erythrulose kann in Kosmetika und Weinsäure in Pharmazie und Technik eingesetzt werden. Dieser Ansatz soll künftig auch zur Herstellung weiterer neuer Produkte anwendbar sein.

Video: Entwicklung neuer Ganzzellbiokatalysatoren

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Projektbeschreibung (PDF)

Poster(PDF)

Biofilme für die Prozess-Intensivierung

Lehrstuhl für Bioprozesstechnik an der Universität Bayreuth

Künstliche Biofilme können wesentlich zur Prozessintensivierung in der Umwelt- und Energietechnik und der chemischen Synthese beitragen. Sie schützen die Mikroorganismen vor harschen Umweltbedingungen und wachstumshemmenden Produkten. Dabei sind sie im Vergleich zu natürlichen Biofilmen einfach in der Anwendung, reproduzierbar und mechanisch stabil. Künstliche Biofilme können eine Plattformtechnologie für sämtliche Bereiche der modernen Biotechnologie bieten. Im Rahmen von BayBiotech wurde das Grundkonzept des künstlichen Biofilms verifiziert. Dazu wurden auch exemplarische Anwendungen in drei wesentlichen Bereichen der IBT etabliert und validiert: der Umweltbiotechnologie (Nitritabbau), der Energietechnik (mikrobielle Brennstoffzelle) sowie der biotechnischen Synthese von Naturstoffen (organische Säuren).

Video: Biofilme für die Prozess-Intensivierung

zum YouTube-Kanal des Bayerischesn Staatsministeriums für Umwelt und Verbraucherschutz

Projektbeschreibung (PDF)

Poster(PDF)

Schwerpunkt Biopolymere

Erdölbasierte Kunststoffe sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken und finden sich in allen Lebensbereichen. Lebensmittelverpackungen, Tragetaschen, Spielzeug und nahezu alle Gegenstände des Alltags enthalten Teile aus Kunststoffen. Dabei wird vor allem die schlechte Abbaubarkeit und Langlebigkeit des Materials in der Natur zum Problem. Riesige Mengen an Kunststoffabfällen bedrohen nicht nur die Ökosysteme, sondern auch die Gesundheit von Mensch und Tier. Im Themenschwerpunkt „Biopolymere" wurde in drei Fachprojekten die biotechnologische Herstellung von biologisch abbaubaren „Biokunststoffen" untersucht.

Biotechnologische Optimierung der biobasierten Polymerherstellung

Lehrstuhl für Chemie Biogener Rohstoffe an der Technischen Universität München

Polyhydroxybuttersäure (PHB) ist ein natürlicher, biologisch abbaubarer Polyester. Isotaktisches PHB weist einen hohen kristallinen Anteil und somit eine hohe Steifigkeit auf. Diese Eigenschaften limitieren das Anwendungsspektrum. Ziel war es, durch eine gezielte Änderung der Polymerzusammensetzung die Dehnbarkeit zu erhöhen und dadurch die Anwendbarkeit des Kunststoffs zu steigern. PHB scheint somit prinzipiell geeignet, nicht bioabbaubare Kunststoffe auch in Anwendungen, die flexiblere Kunststoffe erfordern, wie z. B. im Verpackungsbereich, zu ersetzen. Entsprechende Polymere konnten biotechnologisch in geringer Ausbeute hergestellt werden.

Video: Biotechnologische Optimierung der biobasierten Polymerherstellung

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Projektbeschreibung (PDF)

Poster(PDF)

Synthese von Biopolymeren aus Kohlendioxid

WACKER-Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie an der Technischen Universität München

R-Polyhydroxybutyrat (R-PHB) ist ein Biopolymer, das wegen seiner Eigenschaften, einschließlich Bioabbaubarkeit, ein hohes Potential für die großtechnische Nutzung, zum Beispiel bei Verpackungs- und Beschichtungsanwendungen besitzt. Im Projekt sollten neue Produktionswege, die auf der Kombination von chemischen und biokatalytischen Verfahren basieren, entwickelt werden. Im chemischen Teil des Projektes ist es gelungen, neue Katalysatoren zu synthetisieren, die aktiv in der Ringöffnungspolymerisation sind und die Mikrostruktur von PHB beeinflussen. Einige dieser Variationen lieferten isotaktisches und isotaktisch-angereichertes PHB mit genau den Eigenschaften wie sie im Projektziel festgesetzt wurden. Diese Ergebnisse führten zu einer Patentanmeldung am 23. Dezember 2017. Im biotechnologischen Teil des Projektes konnte eine enzymatische Racematspaltung zur Anreicherung des gewünschten Bausteins etabliert werden. Für die anschließenden Reaktionsschritte konnten geeignete Enzyme identifiziert und die Vollständigkeit der Racematspaltung mittels HPLC-Analytik gezeigt werden. Durch Immobilisierung der Enzyme konnte die Durchführung in organischem Medium ermöglicht und die Selektivität gesteigert werden.

Video: Synthese von Biopolymeren aus Kohlendioxid

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Projektbeschreibung (PDF)

Poster(PDF)

Ressourceneffiziente Produktionsverfahren für PHB-Biokunststoffe

Fachgebiet Industrielle Biokatalyse an der Technischen Universität München

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Bio-Kunststoffes aus landwirtschaftlichen Reststoffen, eine nachhaltige biotechnologische Herstellung des biologisch abbaubaren Bio-Kunststoffs Polyhydroxybutyrat (PHB) mit verbesserten Eigenschaften. Um flexibleren und leichter formbaren Kunststoff energie- und ressourceneffizienter herzustellen, erfolgte in diesem Projekt die Polymerproduktion getrennt von der biotechnologischen Herstellung der Einzelbausteine. Zur kostengünstigen und ressourcenschonenden Monomerproduktion wurde Kleie als Grundlage verwendet. Durch diese nachhaltige Strategie kann eine ressourcenschonende Produktionstechnik zur Herstellung von verbesserten PHB-Varianten etabliert werden. Diese stellen eine Alternative zur chemischen Polymerproduktion auf Erdölbasis dar. Bis zur biotechnologischen Herstellung von nicht kristallinem PHB aus Kleie sind noch weitere Verbesserungen erforderlich.

Video: Ressourceneffiziente Produktionsverfahren für PHB-Biokunststoffe

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Projektbeschreibung (PDF)

Poster(PDF)

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