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Teilvorhaben 1: Schmierstoffe aus CO2-Ölen

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Schmierstoffe aus CO2-Ölen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Klüber Lubrication München GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Projekt CO2 Lubricants zielt auf die Umwandlung von CO2 in Schmierstoffe. Am Anfang steht die Bereitstellung von CO2 einerseits als atmosphärisches Konzentrat und andererseits als Gas aus Verbrennungsprozessen. Dieses CO2 wird zur Anzucht optimierter Algenkulturen verwendet, die einen hohen Anteil an Lipiden produzieren. Diese Lipide werden pur oder in weiterverarbeiteter Form für die Herstellung von Hochleistungsschmierstoffen verwendet. Die Öl-freien Reste der Algen können zur Kultivierung von Ölhefen eingesetzt werden. Aus den Ölhefen können dann die gewünschten Schmierstoffe extrahiert werden. Die hergestellten Schmierstoffe sollen zum Schluss auf ihre Leistungsfähigkeit in realen tribologischen Anforderungen hin untersucht werden. Untersuchung der CO2-Öle bzgl. physikalisch-chemischer Eigenschaften (u. a. Untersuchungen zur Temperatur-, Oxidationsstabilität, chem. Verunreinigungen, Tieftemperatur-, Korrosionsverhalten und zu den tribologischen Eigenschaften). Zur Verbesserung von z.B. Temperaturstabilität und Viskosität werden die Öle bei Bedarf weiterverarbeitet (extern durch Unterauftrag). Es folgen Formulierungen von Schmierstoffkonzepten aus CO2-Ölen für ausgewählte Anwendungen inklusive Überprüfung deren Leistungsfähigkeit. Untersucht wird die Verträglichkeit von gängigen Schmierstoffadditiven mit den CO2-Ölen. Fertige Schmierstoffkonzepte werden anhand üblicher Parameter überprüft (Stabilität, Korrosion, tribologische Eigenschaften, Materialverträglichkeit) Als letztes folgt die Überprüfung der Schmierstoffkonzepte mit anwendungsnahen Prüfungen (FE8, FE9, R0F) (teilweise extern). Zu Vergleichszwecken werden Benchmark-Schmierstoffe aus kommerziell erhältlichen nachwachsenden Ölen (HOSO, Estolide,...) für die gleichen Anwendungen wie bei den CO2-Ölen hergestellt und abgeprüft. Bereitstellung von Schmierstoffkonzepten für den Partner AUDI. Unterstützung des Partners AUDI in allen auftretenden schmierungstechnischen und tribologischen Fragestellungen.

Teilvorhaben 5: Aufarbeitung von Algen und Ölhefen

Das Projekt "Teilvorhaben 5: Aufarbeitung von Algen und Ölhefen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von provenion GmbH durchgeführt. Provenion wird Verfahren zur ökonomischen Anreicherung und Extraktion der Algen und Ölhefen und zur Reinigung der daraus gewonnenen Lipide erarbeiten, die in einer Technikums-, Pilot- und Betriebsanlage münden. AP3: Algenaufarbeitung Aufgabe ist die quantitativen Gewinnung und der Reinigung der Lipide aus Algen. Die Lipide werden intrazellulär gelagert. Um die Lipide zu gewinnen, müssen die Algen aufgeschlossen werden. Dabei wird die enzymatische Zellaufschlussmethode favorisiert, da mechanische Verfahren in diesem Fall nicht wirtschaftlich genug sind. Enzyme werden hinsichtlich Zellaufschlusspotenzial analysiert, der zeitgleiche Einsatzes mehrere Enzyme wird untersucht, die Wiederverwendbarkeit der Enzyme wird angestrebt. Lipide besitzen unpolare Molekülteile, sind daher hydrophob und lassen sich mit unpolaren Lösungsmitteln extrahieren. Mittels Festphasenextraktion werden unpolare Substanzen gebunden. Dazu sollen verschiedene Adsorbentien getestet werden, um eine möglichst wirtschaftliche Ausbeute zu generieren. Die Aufreinigungsprozesse werden als Miniplant-Anlage aufgebaut und automatisiert. Dadurch lassen sich Rückschlüsse auf die Skalierbarkeit für industrielle Maßstäbe ziehen. Ziel sind möglichst reine Ausgangsstoffe, die Klüber Lubrication als Basis für die Schmierstoffe zur Verfügung gestellt werden. AP7: Aufarbeitung der Ölhefen Die Lipide müssen aus den Algen bzw. Ölhefen als Reinmaterialien isoliert werden. provenion kann im eigenen Gentechniklabor (Sicherheitsstufe 1) fermentative Prozesse (3 L Arbeitsvolumen) reproduzieren, um kontinuierliche Aufreinigungsprozesse abbilden zu können. Ähnlich zum Arbeitspaket 3 sollen auch bei Arbeitspaket 7 die Lipide quantitativ gewonnen werden. Anstatt der Algen dienen die Hefen als Lipidproduzenten. Die Aufreinigung lässt sich analog zu AP3 umsetzen. Diese muss ebenso getestet, als auch in die Miniplant-Anlage integriert werden. Anschließend werden auch diese Lipide dem Projektpartner zur Verfügung gestellt.

Teilvorhaben 4: Prozessoptimierung im Hinblick auf CO2- und Lichtausbeute sowie Bereitstellung von Biomasse

Das Projekt "Teilvorhaben 4: Prozessoptimierung im Hinblick auf CO2- und Lichtausbeute sowie Bereitstellung von Biomasse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Subitec GmbH durchgeführt. Das Projekt CO2 Lubricants zielt auf die Umwandlung von CO2 in Schmierstoffe. Am Anfang steht die Bereitstellung von CO2 einerseits als atmosphärisches Konzentrat und andererseits als Gas aus Verbrennungsprozessen. Dieses CO2 wird zur Anzucht optimierter Algenkulturen verwendet, die einen hohen Anteil an Lipiden produzieren. Diese Lipide werden pur oder in weiterverarbeiteter Form für die Herstellung von Hochleistungsschmierstoffen verwendet. Die Öl-freien Reste der Algen können zur Kultivierung von Ölhefen eingesetzt werden. Aus den Ölhefen können dann die gewünschten Schmierstoffe extrahiert werden. Die hergestellten Schmierstoffe sollen zum Schluss auf ihre Leistungsfähigkeit in realen tribologischen Anforderungen hin untersucht werden. In Bezug auf Wachstum und Lipidproduktion vorselektierte Stämme werden einem Scale-up unterzogen. Hierbei werden einzigartige Flat-Panel-Airlift Photobioreaktoren mit statischen Mischern verwendet, die eine effiziente Lichtausbeute der verwendeten Mikroorganismen erlauben. Im 6 L Maßstab gilt es für sowohl die Biomasseproduktion als auch die Akkumulation von Speicherlipiden, die Effizienz der Lichtausbeute, folgerichtig das Zusammenspiel von Reaktorgeometrie, Begasungsrate, Zelldichte und applizierter Photonenfluxdichte zu optimieren. Dabei gilt es einen wirtschaftlichen Prozess darzustellen und eingehende Energieströme auf ein Minimum zu reduzieren während maximale Produkttiter gewährkleistet werden müssen. Weiterhin gilt es, die Effizienz der CO2-Nutzung zu maximieren, um die zuvor aufwendig konzentrierte Kohlenstoffquelle zu annähernd 100% der assimilatorischen Photochemie zuzuführen. Hierfür soll eine technische Lösung entwickelt werden, die es erlaubt das Zuführen der anorganischen Kohlenstoffquelle über das Level einer pH-Regulierung hinaus zu dosieren. Für die Aufgabe stehen der Subitec mehrere (teil)automatisierte Laborstände zur Verfügung. Abschließend gilt es die Erkenntnisse auf den 28 L Technikumsmaßstab zu skalieren.

Teilvorhaben 2: Produktorientierte CO2 Verstoffwechselung mittels phototropher und heterotropher mikrobieller Systeme

Das Projekt "Teilvorhaben 2: Produktorientierte CO2 Verstoffwechselung mittels phototropher und heterotropher mikrobieller Systeme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Chemie, Werner Siemens-Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie (WSSB) durchgeführt. Ziel des vorliegenden Projektes ist die Entwicklung einer Wertschöpfungskette für die Produktion von biobasierten Schmierstoffen aus atmosphärischem CO2 und CO2-haltigen Industriegasen. Der geplante Prozess ist in 2 Schmierstoff-Produktionsstufen unterteilt. Die erste Stufe ist die CO2 Fixierung in Form von Algenbiomasse und Algenlipiden. Die Algenlipide sollen direkt für die Herstellung von Hochleistungsschmierstoffen verwendet werden, während der Öl-freie Biomasserest in der zweiten Produktionsstufe für die Anzucht von für die Schmierstoffproduktion optimieren Hefen eingesetzt werden soll. Dies führt zur Maximierung von ökonomischen Synergien und zu einer geschlossenen Massen- und Wertschöpfungskette. Die von den Hefen produzierten Lipide werden ebenfalls für die Schmierstoffherstellung verwendet. IBK: APXX1: Laborseitige Mikroalgenselektion und reaktionstechnische Optimierung der Biomasseproduktion APXX2: Enzymatische Hydrolyse von Algenrestbiomasse APXX3: Ölhefe Screening auf Wachstum und Lipidbildung basierend auf Algenhydrolysat und anschließende genomische Manipulation des Lipidprofils APXX4: Produktion von Ölhefebiomasse basierend auf Algenhydrolysat im technischen Maßstab.

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