Chemie

Das Labor der Zukunft – Digitalisierung in der Biotechnologie

Zoom+
Förderbeispiel: Das digitalisierte Biotech-Labor
Themendossier: Mikrobielle Zellfabriken - die Spitzenkräfte der Biotechnologie

Mikroorganismen sind kleine Biofabriken, mit deren Hilfe viele Alltagsprodukte effizient, kostengünstig und nachhaltig produziert werden können. Die Entwicklung solcher Bioprozesse für die Industrie ist aufwendig und zeitintensiv. Das vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt „DigInBio“ will das ändern: Hier werden die Möglichkeiten von Digitalisierung, Automatisierung und Miniaturisierung ausgelotet, um die Prozessentwicklung in der industriellen Biotechnologie zu beschleunigen. Das Forschungszentrum Jülich, die TU München und das Institut für Technische Chemie der Leibniz-Universität Hannover bringen ihre jeweiligen Kernkompetenzen in das Verbundprojekt mit ein. Zu Besuch in den digitalisierten Demonstrationslaboren der Zukunft.

Weg frei für biobasierte Weichmacher

Ob Folien, Kabel, Autoreifen, Verpackungen oder Kinderspielzeug: Viele Alltagsgegenstände bestehen aus Plastik. Die vielseitige Anwendbarkeit von Kunststoff ermöglichen oft Weichmacher, die das Material nicht nur weicher, sondern auch geschmeidiger, flexibler, elastischer oder belastbarer machen. Doch auch Weichmacher bestehen wie herkömmliche Kunststoffe zum Großteil aus dem wenig klimafreundlichen und endlichen Rohstoff Erdöl. Im Projekt „Bioweichmacher“ haben Partner aus Forschung und Wirtschaft seit 2017 daher an einer nachhaltigen Alternative geforscht.

Beschichte Flachsfasern für neue Bioverbundwerkstoffe

Die Kunststoffindustrie ist im Wandel: Die mittelfristige Abkehr vom Erdöl als Rohstoff und die Zuwendung hin zu biobasierten Rohstoffen verlangt, neue Prozesse und Materialien zu erforschen, verspricht aber auch Potenziale für neuartige Anwendungen. Eine dieser Herausforderungen, die es zu meistern gilt, betrifft technische Thermoplaste: Deren Schmelztemperatur in der Heißpresse liegt häufig oberhalb von 200° C. Das machte es bisher kaum möglich, darin Naturfasern zu verarbeiten, da diese meist bis maximal 200° C hitzebeständig sind.

„Wir wollen toten Materialien etwas Leben einhauchen“

Die Natur ist für viele Forschende ein Wunderkasten der Inspiration. So auch für Martin Hager. Der Jenaer Chemiker orientiert sich an der Natur, um Polymermaterialien zu entwickeln, die die Fähigkeit haben, sich selbst zu heilen – und damit länger haltbar wären. Ein Vorbild für den Forscher sind hier die Byssusfäden von Muscheln. Das Biopolymer der Fäden ist sehr reißfest und heilt zudem von selbst. Hinter dem Selbstheilungsmechanismus verbergen sich reversible Bildungen, die auch Kunststoffe nachhaltiger machen könnten.

BIO-LUTIONS stärkt Allianz mit Faserexperte Zelfo

BIO-LUTIONS und Zelfo Technology verbindet seit langem die Mission, Einwegplastikprodukte durch nachhaltige und biobasierte Rohstoffe zu ersetzen. Dafür wollen beide Unternehmen Naturfasern aus landwirtschaftlichen Reststoffen als Rohstoff nutzbar machen und entsprechende Produkte auf dem Markt etablieren. Das in Hamburg ansässige Cleantech-Start-up hat sich auf die Herstellung nachhaltiger Verpackungen und Einwegprodukte auf Basis von Agrarreststoffen spezialisiert.

Stroh zu Milchsäure: Bundeswirtschaftsministerium fördert BluCon Biotech

Nicht Lebensmittel wie Zuckerrüben oder Mais, sondern landwirtschaftliche Reststoffe sind der Rohstoff, aus dem die Kölner BluCon Biotech GmbH L-Milchsäure, eine Vorstufe des Biokunststoffs Polymilchsäure (PLA), herstellt. Dafür nutzt das Unternehmen Lignocellulose, einen Holzbestandteil, der aus verschiedenen Quellen gewonnen werden kann – in diesem Fall aus Holzabfällen, Bagasse, Baumwollstengeln, aber auch Stroh. Möglich macht das eine neuartige Fermentationstechnologie, die BluCon Biotech entwickelt hat.

Lignin-Bioraffinerien profitabler machen

Bioraffinerien sind wesentliche Technologien, um die chemische Industrie vom Erdöl zu biobasierten Produkten zu führen. In ihnen werden die unterschiedlichen Inhaltsstoffe der pflanzlichen Biomasse schrittweise verwertet, sodass am Ende nur ein kleiner Rest bleibt – der dann immer noch zur Biogaserzeugung taugt. Wie eine solche Bioraffinerie besonders wirtschaftlich arbeiten kann, hat das Verbundprojekt ELBE-NH erforscht und die entsprechenden Prozessschritte entwickelt. Gefördert wurde das Vorhaben vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Nachhaltige Rohstoffe für Elastomere

Elastomere bilden eine große Gruppe der Kunststoffe. Obwohl ein Teil von ihnen auf Naturkautschuk basiert, gibt es bei den Rohstoffen hinsichtlich deren Nachhaltigkeit noch Optimierungspotenzial. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF möchte dies durch neue Rezepturen nun heben. Zum Einsatz kommen sollen dabei neben biobasierten Rohstoffen auch Reststoffe. Beide ersetzen Materialien, die bislang aus Erdöl hergestellt wurden.

Chemie abonnieren