Bioenergie Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Ethanolherstellung aus nachwachsenden Rohstoffen mittels einschlussimmobilierter Zellen - Einsatz von Zymomonas mobilis

Anschrift
Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für Agrartechnologie und Biosystemtechnik - Abt. Biosystemtechnik
38116 Braunschweig
Bundesallee 50
Kontakt
Prof. Dr. Klaus-Dieter Vorlop
Tel: +49 531 596-4101
E-Mail: klaus.vorlop@ti.bund.de
FKZ
22006302
Anfang
01.02.2003
Ende
31.07.2004
Aufgabenbeschreibung
In diesem Forschungsvorhaben soll das Potential des Bakteriums Zymomonas mobilis für die industrielle Ethanolproduktion aus zuckerhaltigen nachwachsenden Rohstoffen untersucht werden. In einem Screening soll ein geeigneter Stamm des Bakteriums Zymomonas mobilis gefunden werden, für den durch geeignete Anzuchtparameter und Medien eine reproduzierbare Stammhaltung festgelegt wird. Die Immobilisierung des Bakteriums soll bezüglich Aktivität, einfacher Handhabbarkeit und Kosten optimiert werden. Die so erhaltenen Immobilisate sollen charakterisiert und im Laborfermenter unter praxisnahen Bedingungen eingesetzt werden. Die ermittelten Daten sollen mit denen konventioneller Ethanolproduktion mit Hefen verglichen werden. Wenn es gelingt, mit einem geeigneten Bakterienstamm in einem optimierten Immobilisierungssystem unter praxisnahen Bedingungen Bioethanol mit deutlich höherer Produktivität als bei konventionellen Verfahren herzustellen, erscheint eine technische Realisierung der Bioalkoholproduktion auf dieser Basis sehr wahrscheinlich. Die Beurteilung der Ergebnisse und deren industrielle Bedeutung wird in Zusammenarbeit mit der Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG (BMA) erfolgen.
Ergebnisdarstellung
Für die industrielle Herstellung von Bioethanol werden ausschließlich konventionelle Hefen verwendet. Das Bakterium Z. mobilis bietet gegenüber Hefen folgende Haupt-Vorteile: Die Ethanolausbeute liegt in der Praxis um etwa 5% höher und die spezifische Produktivität ist 4 bis 5 mal größer. Durch eine spezielle Einschlussimmobilisierung mit LentiKats wird der größte Nachteil von Z. mobilis gegenüber konventionellen Hefen ausgeglichen: Die Anfälligkeit gegenüber Kontaminanten ist bei der Verwendung von LentiKats nicht mehr gegeben. Die aktive Biomasse ist im Inneren der Immobilisatpartikel gegen Fremdkeime geschützt. Außerdem war die Ethanolbildung mit den hauptsächlich verwendeten zwei Stämmen von Z. mobilis im pH?Bereich zwischen 4 und 5 sehr gut bis optimal. Die Matrix ist stabil genug, der Kohlendioxidentwicklung stand zu halten und über den Zeitraum der kontinuierlichen Fermentation von mehr als drei Wochen konnten keine Verschleißerscheinungen festgestellt werden. Weizen-Maischen, wie sie zur Zeit für die Ethanolproduktion mit Hefen verwendet werden, scheinen sich hervorragend für die Verwertung durch Z. mobilis zu eignen. Die Laborversuche zeigen eine hervorragende Aktivität und Stabilität der immobilisierten Bakterien. Es wurden Produktivitäten von 25 bis 30 g/(L·h) je nach Betriebsweise (batch oder kontinuierlich) erreicht. Die Produktivität suspendierten Hefen liegt bei etwa 1,5 g/(L·h), was einer knapp 20-fachen Produktivitätssteigerung entspricht. Die erzielten Erkenntnisse bieten eine gute Grundlage für weitere Untersuchungen zur Übertragung der Bioethanolherstellung mit Z. mobilis in einen industriellen Maßstab. Hierzu sind Langzeitexperimente mit immobilisierten Zellen von Z. mobilis in der Polyvinylalkohol-Matrix unter Verwendung von synthetischem und realem Substrat notwendig. Diese Versuche machen jedoch nur in Zusammenarbeit mit einem Industrieunternehmen Sinn, das die entwickelte Technik auch tatsächlich auf den Markt bringen will.

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Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe
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