Das Projekt "IBÖ-02: Biozidfreie Polymere für Außenbeschichtungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut durchgeführt. Neben dekorativen Aspekten ist die wichtigste Aufgabe von Holzaußenbeschichtungen ihre Schutzwirkung gegenüber Witterungseinflüssen wie Sonne, Regen, Hagel, Frost und mikrobiellen Befall. Pilzbefall stört nicht nur die ästhetische Wahrnehmung, sondern kann auch das Beschichtungssystem langfristig zerstören. Der mikrobielle Bewuchs wird derzeit überwiegend durch Zugabe von Bioziden unterbunden. Allerdings haben Biozide den großen Nachteil, dass sie aus den Beschichtungssystemen emittieren oder ausgewaschen werden können. Dies hat zur Folge, dass zum einen die Wirksamkeit nach einer gewissen Zeit verloren geht und zum anderen toxische Stoffe in die Umwelt gelangen. Das Projekt FungiPhob setzt hier mit der Entwicklung neuartiger Bindemitteln an, die auf einem biotechnologisch hergestellten, trifunktionellen Zuckerderivat, der Itaconsäure, basieren. Die Doppelbindung lässt sich einfach modifizieren, so dass ein Bindemittel resultiert, das aufgrund seiner strukturellen Eigenschaften nicht mit Pilzen bewachsen wird. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass die strukturelle Wirkkomponente kovalent an das Bindemittel gebunden ist und somit die Beschichtung nicht durch Auswascheffekte ihre Wirksamkeit verliert.
Das Projekt "C. glutamicum als Plattform-Organismus für neue und effiziente Produktionsverfahren (BioProChemBB) - Teilvorhaben 4: Konstruktion und Charakterisierung von C. glutamicum-Stämmen zur Produktion von Succinat und Itaconat" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-1: Biotechnologie durchgeführt. Corynebacterium glutamicum wird seit Jahrzehnten erfolgreich für die biotechnologische Produktion von mehr als drei Millionen Tonnen Aminosäuren pro Jahr eingesetzt. Aufgrund der nachgewiesenen Eignung für die großtechnische Produktion hat sich C. glutamicum zu einem intensiv beforschten Modellorganismus in der Weißen Biotechnologie entwickelt. Das Ziel des ERA-IB-Verbundprojektes BioProChemBB bestand darin, C. glutamicum zu einem Plattform-Organismus weiterzuentwickeln, der nicht nur für die Produktion von Aminosäuren, sondern auch anderer industriell relevanter Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt werden kann. Im Fokus von BioProChemBB standen dabei verschiedene Dicarbonsäuren, die im Rahmen einer Studie des U.S. Department of Energy als vielversprechende chemische Bausteine aus nachwachsenden Rohstoffen identifiziert worden waren. Das Ziel des vorliegenden Teilprojekts 4 war die Konstruktion und Charakterisierung von C. glutamicum-Stämmen zur Produktion von Succinat und Itaconat. Succinat ist eine Plattform- Chemikalie, aus der eine Reihe bisher petrochemisch hergestellter 'Bulk'-Chemikalien synthetisiert werden können, wie z.B. 1,4-Butandiol, Tetrahydrofuran oder g-Butyrolacton. Itaconat ist eine ungesättigte C5-Dicarbonsäure, die unter anderem für die Herstellung von Polymeren von Interesse ist und z.B. petrochemisch erzeugtes Acrylat oder Methylacrylat ersetzen könnte. Für die Succinat-Produktion sollten sowohl die aerobe als auch die anaerobe Herstellung aus Glucose sowie aus Glycerin, einem Nebenprodukt der Biodiesel-Herstellung, etabliert werden. Die entsprechenden Stämme sollten rational über 'metabolic engineering' konstruiert werden, basierend auf dem umfangreichen Wissen zum Stoffwechsel und seiner Regulation in C. glutamicum. Für die Itaconat-Produktion sollte erstmals ein bakterieller Produktionsstamm entwickelt werden, der Vorteile gegenüber dem natürlichen Produzent Aspergillus terreus bieten könnte.
Das Projekt "Biotechnisch erzeugte Itaconsäure als Rohstoff der chemischen Industrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei, Institut für Agrartechnologie und Biosystemtechnik, Abteilung Agrartechnologie durchgeführt. Wesentliche Ziele des Projektes sind die Kostensenkung der biotechnischen Itaconsäure-Produktion, um den Einsatz der Itaconsäure u.a. als geruchsfreie und ungiftige Komponente in verschiedenen Gebrauchskunststoffen (Harze, Lacke) und Spezialitäten zu ermöglichen. Durch gezielte Mutation/Selektion zur Verbesserung bestehender bzw. Etablierung neuer Itaconsäure-Überproduzenten sowie durch Einsatz innovativer Strategien der Prozessführung sollen insbesondere Produkt-Endkonzentration und Produktivität gegenüber den Vorgängerprojekten verbessert werden. Neben der Prozessoptimierung soll auch die extraktive Produktaufarbeitung näher untersucht werden. Die Erkenntnisse sollen dazu dienen, einen mit der Citronensäureproduktion vergleichbaren biotechnischen Prozess zu etablieren und somit die Kosten der Itaconsäureproduktion zu senken. In ähnlich gelagerten Bioprozessen könnten die Teilergebnisse einfließen, dort ebenfalls zur Kostenreduzierungen führen und so deren Wettbewerbschancen insbesondere im global steigenden Bioprozess-Markt erhöhen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Darstellung von Monomerbausteinen aus Itaconsäure" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. In vielen Anwendungsfällen in der Papier verarbeitenden Industrie, z.B. bei Klappverpackungen (Faltschachteln) ist es erforderlich, die Klebstoffschichten elastisch zu gestalten. Dem Klebstoffsystem werden Weichmacher zugesetzt, um -die Elastizität zu erreichen und -bei Tieftemperaturanwendungen (z.B. Verpackungen für Tiefkühlware) die Adhäsion zu erhöhen. Phthalate, die heute standardmäßig als Weichmacher eingesetzt werden -werden aus der endlichen Ressource Erdöl hergestellt, -können aus Verpackungen in Lebensmittel migrieren und -sind grundsätzlich als gesundheitlich bedenkliche Stoffe eingestuft. Insbesondere die Nahrungsmittelindustrie hat sich zum nachhaltigen Wirtschaften verpflichtet und steht in der besonderen Verpflichtung, nur gesundheitlich unbedenkliche Stoffe zu benutzen. Erste Forderungen der Verpackungsindustrie, auf Phthalate zu verzichten, wurden an die Klebstoffhersteller adressiert.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Darstellung von Polymeren mit Itaconsäurederivaten als Monomerbaustein" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jowat SE durchgeführt. In vielen Anwendungsfällen in der Papier verarbeitenden Industrie, z.B. bei Klappverpackungen (Faltschachteln) ist es erforderlich, die Klebstoffschichten elastisch zu gestalten. Dem Klebstoffsystem werden Weichmacher zugesetzt, um -die Elastizität zu erreichen und -bei Tieftemperaturanwendungen (z.B. Verpackungen für Tiefkühlware) die Adhäsion zu erhöhen. Phthalate, die heute standardmäßig als Weichmacher eingesetzt werden -werden aus der endlichen Ressource Erdöl hergestellt, -können aus Verpackungen in Lebensmittel migrieren und -sind grundsätzlich als gesundheitlich bedenkliche Stoffe eingestuft. Insbesondere die Nahrungsmittelindustrie hat sich zum nachhaltigen Wirtschaften verpflichtet und steht in der besonderen Verpflichtung, nur gesundheitlich unbedenkliche Stoffe zu benutzen. Erste Forderungen der Verpackungsindustrie, auf Phthalate zu verzichten, wurden an die Klebstoffhersteller adressiert.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Synthese" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Worlèe-Chemie G.m.b.H., Werk Lauenburg durchgeführt. Das Projektziel ist die Erweiterung der Nutzung von biotechnologisch hergestellter Itaconsäure im Bereich Polymerharze für Lackanwendungen. Die einzelnen Teilprojekte decken die Wertschöpfungskette, ausgehend von der Funktionalisierung der Itaconsäure über die Poly- bzw. Copolymerisation zu Lackharzen, deren Formulierung zu Beschichtungsstoffen bis hin zur Applikation und Charakterisierung der Gebrauchseigenschaften, ab. In diesem Teilprojekt sollen Itaconsäurederivate radikalisch zu Acrylat- bzw. Methacrylatanaloge für beschichtungstechnische Applikationen copolymerisiert und deren Werkstoff- und Verarbeitungseigenschaften ermittelt werden. Unter Verwendung von Itaconsäure werden zusätzlich auch Synthesewege zur Herstellung von Polyesterpolyolen erarbeitet, die dann in einem zweiten Schritt weiter zu UV-vernetzbaren PU-Dispersionen oder PU-Itaconatdispersionen konvertiert werden. Diese lassen sich durch die verbleibenden Doppelbindungen photochemisch vernetzen und erhalten damit eine zusätzliche Vernetzungsdichte, die zu einer höheren Härte für Möbel- oder Parkettlacke führt bzw. zu einer verbesserten Witterungsbeständigkeit für Außenlacke. Die beschriebenen Harztypen stellen somit eine Alternative zu den sehr modernen acrylatbasierten, wasserverdünnbaren UV-vernetzenden Lacken dar. Neben der Entwicklung der Syntheserouten wird in diesem Teilprojekt für ausgewählte Harze auch die Möglichkeit eines Scale-up in 100 kg Maßstab erprobt. Hierbei soll die Machbarkeit einer späteren industriellen Nutzung untersucht werden. Eine besondere Herausforderung ist der feste Aggregatzustand der Itaconsäure im Vergleich zu der niedrigviskosen Acryl- bzw. Methacrylsäure. Dies erfordert eine Entwicklung einer adaptierten Produktionstechnik. Auf Basis der Projektergebnisse soll ein geeignetes Verfahren zur Gewinnung von itaconsäurebasierende Dispersionsharze realisiert werden.
Das Projekt "Toxizität und Transport bei fungaler Produktion industrierelevanter Chemikalien (TTRAFFIC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Angewandte Mikrobiologie (Biologie IV) durchgeführt. Im TTRAFFIC-Projekt soll die Produktion von industriell relevanten Dikarbonsäuren aus erneuerbaren Ressourcen optimiert werden. Itakonsäure wurde aufgrund ihrer Anwendung in der Polymerindustrie als Produkt mit hohem Marktpotenzial gewählt. Diese kann mit verschiedenen Pilzen aus CO2-neutralen, nachwachsenden Rohstoffen, wie Zucker oder deren Polymere, hergestellt werden und hat den Vorteil, dass es bereits einige am Markt etablierte Polymere gibt, die auf diesem Monomer basieren. Damit ist es möglich, einen schnellen Beitrag zu einer zukünftigen Kreislaufwirtschaft zu leisten. In TTRAFFIC soll die Kompartimentierung der Pilzstoffwechselwege im Mittelpunkt stehen, mit dem Ziel Ganzzellkatalysatoren zu verbessern. Die RWTH Aachen befasst sich mit der Transportercharakterisierung und dem Engineering des Pilzes Ustilago als Itakonsäureproduktionswirt. Unser übergeordnetes Ziel ist es, einen Pilz mit stark verbesserter Itakonsäureproduktion bezüglich Titer, Ausbeute und Rate herzustellen. Die erwarteten Ergebnisse von TTRAFFIC könnten auf weitere organische Säuren, wie Succinat und Citrat, übertragbar sein. Mit dieser Technologie ist eine Prozessintensivierung möglich, was zu einer Ressourcenschonung beiträgt. Eine mögliche industrielle Verwertung, der in TTRAFFIC entstandenen Technologien und Produkte, soll optimiert werden. Deswegen wird der deutsche Industriepartner BRAIN AG diese Technologien bewerten.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Prozessanalytik, -optimierung und Scale-up" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Umwelt- und Biotechnologisches Zentrum durchgeführt. Das Gesamtziel dieses Forschungsvorhabens besteht in der Entwicklung eines hocheffizienten Verfahrens zur biotechnologischen Herstellung von Itaconsäure, die entweder einer anschließenden Produktveredelung zu hochpreisigen bioaktiven Spezialchemikalien zugeführt wird oder direkt vermarktet werden kann. Dazu sollen neue Leistungsstämme der nichtkonventionellen Hefe Yarrowia lipolytica durch Nutzung molekularbiologischer und genetischer Methoden entwickelt und eine Maßstabsvergrößerung bis in den Technikumsmaßstab vorgenommen werden. Für itaconsäurebildende Yarrowia Stämme soll das Substratspektrum um nachwachsende Rohstoffe (z.B. Stärkehydrolysate, Glycerol) und deren Abprodukte erweitert werden. Die Entwicklung eines kostengünstigeren Verfahrens für die biotechnologische Produktion von Itaconsäure kann aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten dieser organischen Säure den Bedarf wesentlich steigern. Die Erweiterung des Substratspektrums durch die eingesetzten Hefestämme eröffnet zusätzliche Möglichkeiten für eine effiziente Verfahrensgestaltung.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Prozessentwicklung und -optimierung - Itaconsäure II" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Umwelt- und Biotechnologisches Zentrum durchgeführt. Das vorliegende Vorhaben ist als Folgeprojekt des von der FNR geförderten Verbundprojektes 'Mikrobielle Produktion von Itaconsäure', Teilverbund 2 'Einsatz von genetisch veränderten Hefen für die Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens zur Herstellung von Itaconsäure aus nachwachsenden Rohstoffen' ausgelegt. Ziel dabei ist es der Industrie ein neues, wirtschaftlich interessantes, biotechnologisches Verfahren zur Itaconsäureproduktion bereit zu stellen. Aufbauend auf den bisher gewonnenen Erkenntnissen ist es beabsichtigt am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH in diesem Projekt mit Hefen der Gattung Pseudozyma ein biotechnologisches Verfahren zu etablieren, welches die Itaconsäureproduktion im Kleinproduktionsmaßstab erlaubt. Weiterhin sollen neue Leistungsstämme der Hefen, bereitgestellt von der TU-Dresden, auf deren Eignung für den Produktionsprozess getestet werden. In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern soll ein marktfähiges Produkt entwickelt werden, welches der chemischen Industrie als Feinchemikalie angeboten werden kann. Mit Blick auf die zu erwartende gesteigerte Nachfrage nach Itaconsäure ist auch die Vergabe von Lizenzen für dieses Verfahren angedacht.
Das Projekt "C. glutamicum als Plattform-Organismus für neue und effiziente Produktionsverfahren (BioProChemBB) - Teilvorhaben 3: Fermentative Prozessentwicklung und Optimierung von Asparaginsäure und Bernsteinsäure produzierenden C. glutamicum-Stämmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-1: Biotechnologie durchgeführt. Corynebacterium glutamicum wird seit Jahrzehnten erfolgreich für die biotechnologische Produktion von mehr als drei Millionen Tonnen Aminosäuren pro Jahr eingesetzt. Aufgrund der nachgewiesenen Eignung für die großtechnische Produktion hat sich C. glutamicum zu einem intensiv beforschten Modellorganismus in der Weißen Biotechnologie entwickelt. Das Ziel des ERA-IB-Verbundprojektes BioProChemBB bestand darin, C. glutamicum zu einem Plattform-Organismus weiterzuentwickeln, der nicht nur für die Produktion von Aminosäuren, sondern auch anderer industriell relevanter Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen eingesetzt werden kann. Im Fokus von BioProChemBB standen dabei verschiedene Dicarbonsäuren, die im Rahmen einer Studie des U.S. Department of Energy als vielversprechende chemische Bausteine aus nachwachsenden Rohstoffen identifiziert worden waren. Das Ziel des vorliegenden Teilprojekts 3 war die fermentative Prozessentwicklung und Optimierung von Asparaginsäure und Bernsteinsäure produzierenden C. glutamicum Stämmen. Für die verschiedenen Dicarbonsäuren des Zitronensäurezyklus, sowie für Itaconat und Aspartat sollten stöchiometrische Netzwerkanalysen durchgeführt werden, zur Ermittlung der maximalen Produktselektivitäten und zur Identifizierung potentieller Ziele für Metabolic Engineering und Bioprozessentwicklung. In der Bioprozessentwicklung liegt ein Fokus auf der Entwicklung eines möglichst universell für verschiedene Produkte und Stammkonstrukte einsetzbaren Bioprozesses. Im Projektverlauf sollte entschieden werden, für welche aussichtsreichsten Produkte bzw. Produktionsstämme eine intensivere Bioprozessentwicklung stattfinden soll. Die Bioprozessentwicklung wird dabei durch begleitende Untersuchungen der extrazellulären Nebenprodukte, intrazellulärer Metaboliten und ggf. weiterer Omics-Verfahren unterstützt. Hiermit wird das Ziel verfolgt, gezielte Hinweise auf neue Ansatzpunkte für die Stammverbesserung zu geben.
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