Deutsche Bundesstiftung Umwelt Deutsche Bundesstiftung Umwelt

Innovationen für die UmweltDBU – Wir fördern Innovationen

Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) ist eine der größten Stiftungen in Europa. Sie fördert innovative beispiel-hafte Projekte zum Umweltschutz. Die DBU unterstützt Projekte aus den Bereichen Umwelttechnik, Umweltfor-schung und Naturschutz, Umweltkommunikation sowie Umwelt und Kulturgüter.

Allgemeine Voraussetzungen für eine Förderung sind die folgenden drei Kriterien:

Innovation Modellcharakter Umweltentlastung

Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt setzt bei ihrer Förder-tätigkeit insbesondere auf den produkt- und produktions-integrierten Umweltschutz. Im Mittelpunkt der Förderung stehen kleine und mittlere Unternehmen.

Förderleitlinien|Informationen zur Antragstellung Aktuelle CD-ROM mit Förderleitlinien, Projektdatenbank,

Jahresbericht etc. Aktueller Jahresbericht (einmalig) Jahresbericht (regelmäßige Zusendung) Monatlich erscheinender Newsletter DBU aktuell

per Post per E-Mail Kurzinformationen zur DBU und zum ZUK Informationen zum Deutschen Umweltpreis Publikationsliste der Deutschen Bundesstiftung Umwelt Informationen zur internationalen Fördertätigkeit der DBU

(in englischer Sprache) Informationen zu den Stipendienprogrammen der DBU Informationen zu Ausstellungen im ZUK Einladungen zu Veranstaltungen im ZUK

Faxantwort Telefax 0541|9633-190

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Biotechnische Herstellung von Bernsteinsäure

Forschung|Hochschule Bildungseinrichtung Umweltverband sonstige

Ausgabe: 13180-78|07

HerausgeberDeutsche Bundesstiftung UmweltAn der Bornau 249090 OsnabrückTelefon 0541|9633-0www.dbu.de

VerantwortlichDr. Markus Große Ophoff

Text und RedaktionDr. Rainer ErbZentrum fürUmweltkommunikationder DBU gGmbH (ZUK)

Englische ZusammenfassungAntoinette Bismark (ZUK)

GestaltungSabine Lohaus (ZUK)

DruckSteinbacher Druck GmbH, Osnabrück

Ausgabe13180-78|07

Gedruckt mit ÖkoPLUS-Druckfarben ohne Mineralöle auf einem Papier, das zu 100 % aus Altpapier hergestellt wurde.

We encourage innovation:

Biotechnological production of succinic acidThis project contributes to a lasting provision of the intermediate succinic acid. More than 15.000 tons per year of succinic acid are produced as base for polyester resin, pigments and pharmaceuticals on a petrochemical basis. The project partners will make new yeast strains available that can produce succinic acid based on renewable raw materials and bind carbon dioxide. A corresponding efficient bioprocess is developed in parallel bioreactors under technical conditions on small scale. CO2 saving through biotechnological processes A significant environmental relief and the conservation of resources may be expected from the, to the greatest extent, carbon dioxide neutral biological process that uses renewable raw materials instead of petrochemical synthesis. More conservation effects are achieved by the use of highly active and selective as well as biodegradable catalysts, the renunciation of organic solvents and the use of mild reaction conditions with low energy requirements.

Biotechnische Herstellung von BernsteinsäureMit diesem Projekt wird ein Beitrag für die nachhaltige Bereitstellung des chemischen Zwischenprodukts Bernsteinsäure geleistet. Mehr als 15.000 Jahrestonnen Bernsteinsäure werden als Ausgangsstoff für Polyester-harze, Farbstoffe und Pharmazeutika heute ausschließlich auf petrochemischer Basis hergestellt. Die Projektpartner werden neue Hefestämme verfügbar machen, die Bernstein-säure ausgehend von nachwachsenden Roh-stoffen herstellen können und dabei Kohlen-dioxid binden. In parallelen Bioreaktoren unter technischen Bedingungen im Kleinstmaßstab wird ein entsprechender effizienter Bioprozess entwickelt.

Backhefe als ProduktionsorganismusIm technischen Maßstab wird Bernsteinsäure heute ausschließlich chemisch durch kataly-tische Hydrierung von Maleinsäureanhydrid zu Bernsteinsäureanhydrid und nachfolgender Wasseranlagerung, beziehungsweise durch direkte katalytische Hydrierung von Malein-säure hergestellt. Für diese Verfahren sind Schwermetallkatalysatoren in organischen Lösungsmitteln bei hohen Temperaturen und hohen Drücken (bis zu 2,5 MPa) erforderlich.

Bernsteinsäure wird indes auch natür-licherweise von vielen Mikroorganismen, wie zum Beispiel der Backhefe Saccharomyces cerevisiae, ausgehend von Zuckern oder Amino säuren unter physiologischen Umgebungs-bedingungen gebildet. Die Projektpartner machen sich diese Tatsache zunutze, um Bernsteinsäure energie- und umweltschonend mit Hilfe der Backhefe aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen. Die OrganoBalance GmbH entwickelt dafür über gezieltes

metabolisches Design einen Produktions-stamm, der große Mengen an Bernsteinsäure im Kulturüberstand anreichert.

Mikrodosierkopf zur ProzessoptimierungUm zusammen mit dem bereits entwickelten Bioreaktorblock eine parallele Optimierung von Zulaufverfahren unter technischen Bedingungen zu erreichen, wird von der TU München und der DASGIP AG in Zusammen-arbeit mit AW-E München ein Mikrodosier-kopf für bis zu 48 parallele Bioreaktoren im Millimetermaßstab entwickelt. Dieser wird individuell und quasi-kontinuierlich Substrate und Titrationsmittel im Nanoliter- bis Mikro-litermaßstab in die parallelen Bioreaktoren dosieren. Auf diese Weise wird ein iterativer Optimierungsprozess der Bernsteinsäure-produktion möglich, der im Laufe der Stamm-entwicklung immer wieder der Untersuchung neuer Mutanten unter verschiedenen Reak-tionsbedingungen bedarf.

Aktuator- und Mikrodosiereinheit

Mikrobiologische Kultur

Mikroskopische Aufnahme der Hefezellen

CO2-Einsparung durch biotechnologischen ProzessDas weitestgehend Kohlendioxid-neutrale biologische Verfahren lässt durch die Verwen-dung nachwachsender Rohstoffe anstelle der petrochemischen Synthese von Bernsteinsäure eine wesentliche Umweltentlastung und Ressourcenschonung erwarten. Weitere Umweltentlastungseffekte werden durch den Einsatz hochaktiver und hochselektiver sowie biologisch abbaubarer Biokatalysatoren, den Verzicht auf organische Lösungsmittel sowie die Nutzung milder Reaktionsbedingungen mit geringem Energiebedarf erzielt.

ProjektthemaMikrodosiertechnik zur Optimierung der umweltfreundlichen biotechnischen Herstellung von Bernsteinsäure

ProjektdurchführungTechnische Universität MünchenLehrstuhl für Bioverfahrenstechnik Prof. Dr.-Ing. Dirk Weuster-Botz Boltzmannstr. 15 85748 Garching Telefon 089|289-15712Telefax 089|289-15714d.weuster-botz@lrz.tum.dewww.mw.tum.de/biovt

KooperationspartnerDASGIP AG, Jülich www.dasgip.deOrganoBalance GmbH, Berlin www.organobalance.deAW-E, München

AZ 13180