Mikrobielle Katalyse

Der mikrobielle Stoffwechsel ist in der Lage, verschiedenste Substrate in eine Vielzahl von chemischen Verbindungen umzuwandeln. Wir machen uns dieses Prinzip zu Nutze und verwenden Mikroorganismen in integrierten Power‑to‑X‑to‑Y‑Prozessen, um die einfachen Verbindungen Methanol oder Ameisensäure (die direkt aus CO₂ zugänglich sind) durch Fermentation in wertvolle chemische Produkte umzusetzen. Daneben beschäftigen wir uns mit zuckerhaltigen Substraten der nächsten Generation, wie zum Beispiel Xylose, welche aus Hemicellulose gewonnen werden kann.

Dafür nutzen wir moderne Methoden der Gentechnik. Durch Modellierung des Stoffwechsels mit angeschlossenem Metabolic Engineering und der synthetischen Biologie können wir zielgerichtet den Stoffwechsel von Mikroorganismen beeinflussen, verbessern und effiziente Produktionsstämme entwickeln. Dadurch verbinden wir die Skalierbarkeit von Power‑to‑X mit der Vielseitigkeit der industriellen Biotechnologie und können somit zahlreiche Vorstufen zu kommerziellen Produkten aus CO₂ herstellen.

Durch die Kopplung von Power-to-X mit der industriellen Biotechnologie zu Power-to-X-to-Y-Prozesskaskaden bleibt die Rezyklierung von CO₂ in CCU-Anwendungen nicht mehr auf die Synthese einfacher Produkte (»X«) wie Methanol oder Formiat beschränkt. Vielmehr können diese als Rohstoffe zukünftiger Raffinerien dienen, in denen durch geeignete Prozesskaskaden komplexere und wertvollere Plattformchemikalien (»Y«) hergestellt werden.

Der Vorteil der Nutzung von Methanol und Ameisensäure als Substrate liegt vor allem in deren Wasserlöslichkeit, die eine vergleichsweise einfache Fermentationsführung erlaubt.

Die derzeitige technologische Reife dieses Ansatzes liegt noch im Forschungsbereich. Aktuell arbeiten wir speziell an der Entwicklung leistungsfähiger Produktionsstämme und effizienter Fermentationsprozesse, um Produktausbeuten und -konzentrationen von industrieller Relevanz zu erzielen.

Auf einen Blick

• Komplexe Produkte mit hohem Wertschöpfungspotenzial aus rein erneuerbaren Quellen
• Nachhaltige Produktion durch CO₂‑Kreislaufwirtschaft
• Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen
• Keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion

• Mikrobielle Stammentwicklung durch Metabolic Engineering
• Fermentation (Labormaßstab) von C1-Substraten (z. B. Formiat, Methanol), Zuckern und anderen biogenen Rohstoffen zu chemischen Produkten
• Konversion von C1-Substraten und anderen biogenen Substraten zu Terpenen (Carotinoiden), Aminosäuren und organischen Säuren
• Biobasierte Polymerbausteine
• Mikrobielle Elektrosynthese

Auf dem Gebiet der mikrobiellen Stammentwicklung und Produktaufreinigung (Downstream Processing, DSP) kooperieren wir insbesondere mit Partnern aus der Wissenschaft.

Mit Partnern aus der Industrie suchen wir die Zusammenarbeit zur Anwendung biotechnologischer Prozesse und zur Applikation der biotechnologisch synthetisierten Produkte. Von Interesse sind diese Produkte vor allem für Unternehmen der chemischen Industrie, etwa Firmen, die »grüne« Polymere oder Produkte aus nachhaltigen Plattformchemikalien herstellen.