PANDA

PANDA: Production of organic acids from natural resources with surface display-based consolidated bioprocessing

Projektbeschreibung

PANDA (Production of organic acids from natural resources with surface display-based consolidated bioprocessing) ist ein 36-monatiges Forschungsvorhaben, welches vom 01. August 2018 bis zum 31.07.2021 durch die Holzchemie am Institut für Holzwissenschaften mit bearbeitet wird.

Ansatzpunkte sind dabei insbesondere die Nutzung von Maisstroh, als Beispiel für einen heutzutage noch wenig genutzten Agrar-Reststoff, die Vorbehandlung dieses Rohstoffes und anschließend die enzymatische Hydrolyse der vorbehandelten Biomasse zu monomeren Kohlenhydraten, wie Glucose oder Xylose, mittels einer neuartigen Methodik zur Rückgewinnung der Enzyme. Schlussendlich sollen die monomeren Kohlenhydrate zu Bernsteinsäure fermentiert und als Plattformchemikalie verwendet werden.

Maisstroh stellt ein Nebenprodukt der Maiskörnerproduktion dar und verleibt im Regelfall ungenutzt auf dem Feld. Dort wird es entweder untergepflügt oder es wird auf dem Feld verbrannt. Sowohl durch das Unterpflügen, als auch das Verbrennen stehen bestimmte Nährstoffe des Maisstrohs wieder dem Boden zur Verfügung oder verhindern Bodenerosion. Insbesondere durch die Verbrennung entstehen allerdings ebenfalls nennenswerte Luftverschmutzungen. Verschiedene Autoren gehen dennoch davon aus, dass erhebliche Mengen des auf dem Feld verbleibenden Strohs nachhaltig in Bioraffinerien genutzt werden können.

Aufgrund der schlechten Zugänglichkeit lignocellulosehaltiger Biomasse für einen enzymatischen Abbau ist für die Nutzung eine Vorbehandlung notwendig. Im PANDA-Projekt wurde der Fokus auf eine Dampfdruck-Refiner-Aufschluss gelegt. Diese bietet insbesondere Vorteile durch den Verzicht auf Chemikalien und die vergleichsweise günstige Produktion von Sattdampf. Nach der Vorbehandlung entstehen eine feste Faser-, eine wässrige Extrakt- und eine flüchtige Gasfraktion.

Die Weiterverarbeitung der Faserfraktion erfolgt im Projekt durch enzymatischen Abbau zu monomeren Kohlenhydraten. Dabei werden kommerzielle Enzympräparate, aber auch neuartige Verfahren eingesetzt. Da die Rückgewinnung von kostenintensiven Enzymen normalerweise größere Herausforderungen mit sich bringt ist es ebenso möglich Enzyme durch die Autodisplay-Technik in der äußeren Membran von Bakterien zu platzieren. Durch die vergleichsweise einfache Rückgewinnung von Bakterien über Zentrifugation ist so gleichzeitig die Rückgewinnung der Enzyme möglich, die sich auf der Oberfläche der Bakterien befinden. Durch diese Rückgewinnung sollen ökonomische Vorteile generiert werden. Verschiedene Verfahren zum optimalen Einsatz dieser Technik im Bezug auf die Vorbehandlung der Biomasse werden im Projekt getestet, wie beispielsweise der Effekt einer Ligninreduktion im Rohstoff.

Letztlich sollen die produzierten monomeren Kohlenhydrate zu Bernsteinsäure fermentiert werden, welche aktuell noch fossil produziert wird, eine vielversprechende Plattformchemikalie darstellt und so in der Zukunft auf biogener Basis produziert werden könnte.

Forschungspartner

• Westfälische Wilhelms Universität Münster (WWU, Deutschland)
• Autodisplay Biotech GmbH (ADB, Deutschland)
• Nanjing Tech University (NJT, VR China)

Zeitraum

2018 – 2021

Förderung

Die UHH wird gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und den Projektträger Jülich (PtJ).