Umweltfreundliche Produktionsverfahren für Wirkstoffe

Cyanobakterien beherbergen einen enormen Pool an nachwachsenden Biopharmazeutika und Feinchemikalien. Dieses Potential wird jedoch kaum erschlossen, da bisherige Produktionsverfahren zu energie- und ressourcenintensiv sind.

Das Forschungsprojekt nutzt erstmals photosynthetisierende, austrocknungstolerante Biofilme (terrestrische Cyanobakterien) zur nebel-gesteuerten Produktion von bakteriellen Polysacchariden und Farbstoffen. Hierbei kommt eine ressourcen- und energieeffiziente Verfahrenstechnik zum Einsatz, die mittels einer neuartigen emersen Photobioreaktor-Generation (ePBR) verwirklicht wird. Die neue Systemlösung kombiniert dabei Vorteile der grünen mit denen der weißen / industriellen Biotechnologie zur Optimierung eines kosteneffizienteren, umweltfreundlicheren Produktionsverfahrens für Biopharmazeutika und Feinchemikalien.

Aufgabenschwerpunkt an der Hochschule Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld war die konstruktive Weiterentwicklung der emersen Bioreaktoren.

Die für das Wachstum der Cyanobakterien erforderlichen Rahmenbedingungen wurden durch die Projektgruppe systematisch untersucht und am Umwelt-Campus im Reaktorbau umgesetzt. Hierzu zählen beispielsweise Strömungssimulationen zur gleichmäßigen Verteilung des Flüssigkeitsnebels in den Reaktoren.

Das Wachstum der Cyanobakterien ist direkt von der Aerosolversorgung abhängig. In Bereichen mit unzureichender Aerosolversorgung ist das Wachstum nicht oder nur limitiert möglich. Um die Eignung verschiedener Konzeptvarianten beurteilen zu können, ist die Kenntnis über das Verhalten des Aerosols im Reaktorinneren ein essentielles Kriterium. Die Simulationsmethoden wurden zunächst an einem einfachen Modell betrachtet, die Simulationsergebnisse mit realen Versuchsergebnissen verglichen und in einem nächsten Schritt auf komplexere Bauformen übertragen.

In weiteren Entwicklungsschritten wurden mehrere Konzeptvarianten ausgearbeitet, in Prototypen überführt und getestet. Bei der Herstellung der Prototypen kam insbesondere die Additive Fertigung zum Einsatz.

In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurden Cyanobakterien in verschiedenen Reaktorformen getestet und z.B. Erntevorgänge untersucht.