Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft e.V. an der RWTH Aachen University durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die marktreife Entwicklung eines innovativen biologischen Abwasserreinigungssystems mit funktionsdifferenzierten Biofilmreaktoren. Für die technische Entwicklung und Erprobung wird eine halbtechnische Versuchsanlage erstellt und betrieben. Parallel wird ein Bemessungsansatz entwickelt. Für das System werden neben einer weitestgehenden Elimination der Stickstoffverbindungen investive und energetische Vorteile gegenüber dem Belebungsverfahren erwartet. Im Rahmen des zweijährigen Forschungsvorhabens wird eine halbtechnische Versuchsanlage geplant, erstellt und betrieben, an der das innovative biologische Reinigungssystem untersucht wird. Die Neuerung besteht darin, die Heterotrophen und die Nitrifikanten durch gezielte Abdeckung der unterschiedlichen Sauerstoffansprüche und Bereitstellung geeigneter Aufwuchsmaterialien nach ihrer Funktion räumlich zu differenzieren und damit die aufzuwendende Belüftungsenergie zu reduzieren. Es ist ein Betrieb der Versuchsanlage in drei Phasen vorgesehen: Sommerbetrieb, Winterbetrieb und Optimierungsbetrieb. Während in den ersten zwei Phasen der Prozess erstmalig unter verschiedenen Randbedingungen erprobt wird, dient die anschließende Optimierungsphase dazu, einen dauerstabilen Betriebszustand des Systems zu erreichen. Die relevanten Daten werden in allen Versuchsphasen erfasst, aufbereitet und ausgewertet. Mit dieser Datenbasis wird die notwendige Voraussetzung für eine Übertragbarkeit auf großtechnische Anlagen und für die Entwicklung eines Bemessungsansatzes geschaffen. Parallel zur Optimierungsphase wird ein Bemessungsansatz für das innovative Reinigungssystem entwickelt. Diese Verknüpfung von technischer Entwicklung und Bereitstellung theoretischer Grundlagen ermöglicht eine Übertragbarkeit des Verfahrens auf gleichartige oder ähnliche Anlagen und ist die Voraussetzung für eine marktreife Entwicklung.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WTE Wassertechnik GmbH durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die marktreife Entwicklung eines innovativen biologischen Abwasserreinigungssystems mit funktionsdifferenzierten Biofilmreaktoren. Für die technische Entwicklung und Erprobung wird eine halbtechnische Versuchsanlage erstellt und betrieben. Parallel wird ein Bemessungsansatz entwickelt. Für das System werden neben einer weitestgehenden Elimination der Stickstoffverbindungen investive und energetische Vorteile gegenüber bisher üblichen Prozessen erwartet. Im Rahmen des zweijährigen Forschungsvorhabens wird eine halbtechnische Versuchsanlage geplant, erstellt und betrieben, an der das innovative biologische Reinigungssystem untersucht wird. Die Neuerung besteht darin, die Heterotrophen und die Nitrifikanten durch gezielte Abdeckung der unterschiedlichen Sauerstoffansprüche und Bereitstellung geeigneter Aufwuchsmaterialien nach ihrer Funktion räumlich zu differenzieren und damit die aufzuwendende Belüftungsenergie zu reduzieren. Es ist ein Betrieb der Versuchsanlage in drei Phasen vorgesehen: Sommerbetrieb, Winterbetrieb und Optimierungsbetrieb. Während in den ersten zwei Phasen der Prozess erstmalig unter verschiedenen Randbedingungen erprobt wird, dient die anschließende Optimierungsphase dazu, einen dauerstabilen Betriebszustand des Systems zu erreichen. Die relevanten Daten werden in allen Versuchsphasen erfasst, aufbereitet und ausgewertet. Mit dieser Datenbasis wird die notwendige Voraussetzung für eine Übertragbarkeit auf großtechnische Anlagen und für die Entwicklung eines Bemessungsansatzes geschaffen. Parallel zur Optimierungsphase wird ein Bemessungsansatz für das innovative Reinigungssystem entwickelt. Diese Verknüpfung von technischer Entwicklung und Bereitstellung theoretischer Grundlagen ermöglicht eine Übertragbarkeit des Verfahrens auf gleichartige oder ähnliche Anlagen und ist die Voraussetzung für eine marktreife Entwicklung.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Bioprozessentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Umwelt- und Biotechnologisches Zentrum durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung von Bioverfahren zur Co-Kultivierung von phototrophen Mikroalgen und heterotrophen Hefen für die Herstellung von Biofuels und hochwertigen Biochemikalien. Die Co-Kultivierungen von Algen und Hefen ermöglichen durch einen in situ O2/CO2-transfer eine Effizienzsteigerung der Bioproduktion in der Form, dass die Hefen einen in situ Kohlendioxidproduzenten für die photosynthetische CO2-Fixierung der Mikroalgen darstellt, während die Algen den Sauerstoff für das aerobe Hefewachstum produzieren. Zwei Varianten bezüglich der Zielprodukte werden mit dem Vorhaben angestrebt: 1. Mischkultivierungen lipidbildender Algen und Hefen mit dem Ziel höherer Gesamtlipidmengen und -konzentrationen im Vergleich zu den Monokulturen, 2. Erstmalig werden carbonsäurebildende Hefen und lipidbildende Algen gemeinsam kultiviert, sodass zusätzlich zu der lipidhaltigen Algenbiomasse vor allem industriell wichtige organische Säuren (z.B. Citronensäure) in hoher Konzentration extrazellulär akkumuliert werden. Als heterotrophe Kohlenstoffquellen für Wachstum und Produktbildung der Hefen werden nachwachsende Rohstoffe und preiswerte Reststoffen der Lebensmittel- und Biokraftstoffindustrie vorgesehen. Die mit dem Projekt zu entwickelnden innovativen Co-Kultivierungsprozesse zielen durch die angestrebten geschlossenen O2/CO2-Kreisläufe auf eine höhere ökologische Effizienz und sollen die Nachhaltigkeit der Gewinnung von lipidhaltigen Biomassen und vermarktungsfähigen Carbonsäuren verbessern. Der Arbeitsplan des Vorhabens umfasst die folgenden Arbeitspakete: 1. Evaluierung von Algen/Hefen-Kombinationen für die Lipidproduktion, 2. Evaluierung von Algen/Hefen-Kombinationen für die Produktion von Carbonsäuren, 3. Substratscreening und Optimierung der Kultivierungsmedien, 4. Entwicklung und Optimierung der Bioverfahren, 5. Maßstabsübertragung der optimierten Bioprozesse unter Outdoor-Bedingungen, 6. Downstream processing, 7. Wirtschaftlichkeitsanalysen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Maßstabsübertragung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TZ Technisches Zentrum Entwicklungs- & Handelsgesellschaft mbH durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung von Bioverfahren zur Co-Kultivierung von phototrophen Mikroalgen und heterotrophen Hefen für die Herstellung von Biofuels und hochwertigen Biochemikalien. Die Co-Kultivierungen von Algen und Hefen ermöglichen durch einen in situ O2/CO2-transfer eine Effizienzsteigerung der Bioproduktion in der Form, dass die Hefen einen in situ Kohlendioxidproduzenten für die photosynthetische CO2-Fixierung der Mikroalgen darstellt, während die Algen den Sauerstoff für das aerobe Hefewachstum produzieren. Zwei Varianten bezüglich der Zielprodukte werden mit dem Vorhaben angestrebt: 1. Mischkultivierungen lipidbildender Algen und Hefen mit dem Ziel höherer Gesamtlipidmengen und -konzentrationen im Vergleich zu den Monokulturen, 2. Erstmalig werden carbonsäurebildende Hefen und lipidbildende Algen gemeinsam kultiviert, sodass zusätzlich zu der lipidhaltigen Algenbiomasse vor allem industriell wichtige organische Säuren (z.B. Citronensäure) in hoher Konzentration extrazellulär akkumuliert werden. Als heterotrophe Kohlenstoffquellen für Wachstum und Produktbildung der Hefen werden nachwachsende Rohstoffe und preiswerte Reststoffen der Lebensmittel- und Biokraftstoffindustrie vorgesehen. Die mit dem Projekt zu entwickelnden innovativen Co-Kultivierungsprozesse zielen durch die angestrebten geschlossenen O2/CO2-Kreisläufe auf eine höhere ökologische Effizienz und sollen die Nachhaltigkeit der Gewinnung von lipidhaltigen Biomassen und vermarktungsfähigen Carbonsäuren verbessern. Der Arbeitsplan des Vorhabens umfasst die folgenden Arbeitspakete: 1. Evaluierung von Algen/Hefen-Kombinationen für die Lipidproduktion, 2. Evaluierung von Algen/Hefen-Kombinationen für die Produktion von Carbonsäuren, 3. Substratscreening und Optimierung der Kultivierungsmedien, 4. Entwicklung und Optimierung der Bioverfahren, 5. Maßstabsübertragung der optimierten Bioprozesse unter Outdoor-Bedingungen, 6. Downstream processing, 7. Wirtschaftlichkeitsanalysen.
Das Projekt "KMU-innovativ-8: Entwicklung eines semikontinuierlichen Kultivierungs- und Aufarbeitungsverfahrens zur Gewinnung von bioaktiven Stoffen aus Mikroalgen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linbec UG durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Gewinnung von bioaktiven Wirkstoffen aus Mikroalgen. Durch die FuE-Leistung wollen die Kooperationspartner einen Prozess gestalten, bei dem die Anzucht der Algenbiomasse heterotroph und die Produktion der Wirkstoffe phototroph erfolgen sollen. Durch eine semikontinuierliche Überführung der Mikroalgen vom heterotrophen in den phototrophen Bioreaktor entsteht dann ein gekoppelter Prozess. Dazu soll die Entwicklung eines effizienten Plattenphotobioreaktorsystems in Modulbauweise mit pulsierender Gas- und Flüssigkeitsschicht sowie eines scherstressarmen Pulsationsreaktors mit Mikroflotationstechnik für den heterotrophen Betrieb erfolgen. Ein Schwerpunkt des Projektes liegt auf der Entwicklung des Downstream-Processings zur Gewinnung der bioaktiven Produkte, insbesondere durch ein Verfahren zum großtechnischen Zellaufschluss und zur Extraktion. Die proteinhaltige Restalgenbiomasse soll als hochwertiges Futtermittel verwertet werden. Über die Auswahl der Algen (Wirkstoffgehalt) und der heterotrophen Anzucht der Biomasse führt dies zur phototrophen Wirkstoffbildung, auch unter Wachstums- und Stressbedingungen. In einem gepulstem Photobioreaktorsystem mit semikontinuierliche Zugabe des Inokulums findet auch eine semikontinuierliche Ernte der Biomasse statt. Im Anschluss erfolgt die Perforation der Mikroalgen, die Extraktion der Wirkstoffe und die Produktkonfektionierung mit prozessbegleitender Analytik.
Das Projekt "KMU-innovativ-8: Entwicklung eines semikontinuierlichen Kultivierungs- und Aufarbeitungsverfahrens zur Gewinnung von bioaktiven Stoffen aus Mikroalgen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TZ Technisches Zentrum Entwicklungs- & Handelsgesellschaft mbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Gewinnung von bioaktiven Wirkstoffen aus Mikroalgen. Durch die FuE-Leistung wollen die Kooperationspartner einen Prozess gestalten, bei dem die Anzucht der Algenbiomasse heterotroph und die Produktion der Wirkstoffe phototroph erfolgen soll. Durch eine semikontinuierliche Überführung der Mikroalgen vom heterotrophen in den phototrophen Bioreaktor entsteht dann ein gekoppelter Prozess. Dazu soll die Entwicklung eines effizienten Plattenphotobioreaktorsystems in Modulbauweise mit pulsierender Gas- und Flüssigkeitsschicht sowie eines scherstressarmen Pulsationsreaktors mit Mikroflotationstechnik für den heterotrophen Betrieb erfolgen. Ein Schwerpunkt des Projektes liegt auf der Entwicklung des Downstream-Processings zur Gewinnung der bioaktiven Produkte, insbesondere durch ein Verfahren zum großtechnischen Zellaufschluss und zur Extraktion. Die proteinhaltige Restalgenbiomasse soll als hochwertiges Futtermittel verwertet werden. Über die Auswahl der Algen (Wirkstoffgehalt) und der heterotrophen Anzucht der Biomasse führt dies zur phototrophen Wirkstoffbildung, auch unter Wachstums- und Stressbedingungen. In einem gepulstem Photobioreaktorsystem mit semikontinuierliche Zugabe des Inokulums findet auch eine semikontinuierliche Ernte der Biomasse statt. Im Anschluss erfolgt die Perforation der Mikroalgen, die Extraktion der Wirkstoffe und die Produktkonfektionierung mit prozessbegleitender Analytik.
Das Projekt "KMU-innovativ-8: Entwicklung eines semikontinuierlichen Kultivierungs- und Aufarbeitungsverfahrens zur Gewinnung von bioaktiven Stoffen aus Mikroalgen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Anhalt (FH), Hochschule für angewandte Wissenschaften, Abteilung Köthen, Arbeitsgruppe Biochemie , Algenbiotechnologie durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur biotechnologischen Gewinnung von bioaktiven Stoffen, insbesondere Carotinoiden aus Mikroalgen. Durch die Forschungs- und Entwicklungsleistung wollen die Kooperationspartner einen Prozess gestalten, bei dem die Anzucht der Algenbiomasse heterotroph und die Produktion der Wirkstoffe phototroph erfolgen soll, wobei die benötigten Nährstoffe und CO2 weitgehend aus Abprodukten bestehender Fermentationsprozesse bereitgestellt werden. Durch eine kontinuierliche und bilanzierte Überführung der Mikroalgen vom heterotrophen in den phototrophen Bioreaktor entsteht dann ein gekoppelter Prozess. Nach der Separation der Biomasse wer-den die unverbrauchten Nährstoffe wieder dem Kultivierungsreaktor zugeführt, womit der Kreislauf weitgehend geschlossen wird. Ein Schwerpunkt des Projektes liegt auf der Entwicklung des Downstream-Processings zur Gewinnung der bioaktiven Produkte, insbesondere durch ein Verfahren zum großtechnischen Zellaufschluss und zur Extraktion durch superkritisches CO2 (scCO2). Die proteinhaltige Restalgenbiomasse kann als hochwertiges Futtermittel verwertet werden. Die Projektpartner bearbeiten die angegebenen Arbeitspakete entsprechend dem beigefügten Balkenplan. Dabei werden verfahrenstechnische, biotechnologische, biochemische und analytische Methoden eingesetzt. Außerdem erfolgt auch die Reaktorplanung und Umsetzung mit den erforderlichen Verfahren.
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