Das Projekt "Förderschwerpunkt Biotechnologie: InnovationsCentrum Biokatalyse ICBio: Einsatz von Magnettrenntechnologie bei der Biokatalyse und Bioproduktaufbereitung zur industriellen Etablierung effizienter und nachhaltiger Bioprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Karlsruhe (FZK) GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft, Institut für Technische Chemie, Bereich Wasser- und Geotechnologie durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung und Bewertung eines technischen Verfahrens zur einfachen und umweltschonenden Abtrennung von Bioprodukten, wie z. B. technisch hergestellten Enzymen, direkt aus feststoffhaltigen Medien über an magnetische Mikropartikel gebundene Affinitätsliganden und Magnetseparatoren. Weiteres Ziel des Vorhabens war zudem eine direkte biokatalytische Um-setzung von schwerlöslichen Substraten bzw. von Substraten in Suspensionen und viskosen Medien durch den Einsatz von an magnetischen Mikropartikeln immobilisierten Enzymen und geeigneter Magnettrenntechnologie. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Anhand verschiedener Modellsysteme, wie z. B. immobilisierter Penicillinacylase als industriell intensiv genutztes Enzym oder magnetischen Mikropartikeln mit IMA (immobilised metal affinity) Liganden zur Aufreinigung His-getaggter Proteine, sollte die Leistungsfähigkeit dieses im industriellen Maßstab völlig neuen Verfahrens demonstriert werden. Hierbei erfolgten in der Anfangsphase Screeningversuche zur Auswahl geeigneter magnetischer Trägerpartikel und Funktionalisierungsmechanismen. Die Charakterisierung der Partikel umfasste die Partikelgrößenverteilung, mechanische und chemische Stabilität, magnetische Eigenschaften sowie insbesondere die Bindungskapazitäten und Selektivitäten. Parallel zur Partikelcharakterisierung erfolgte die Konstruktion und Fermentation getaggter Proteine sowie die Konstruktion und Fertigung eines Labor-HochgradientenMagnetseparators. Ausgehend von den im Labormaßstab an den Partikeln gewonnenen Daten wurde das Verfahren mit Hilfe des Simulationsprogramms SuperPro Designer programmiert und für verschiedene Rahmenbedingungen durchgerechnet. Eine Markt-studie und eine Bewertung der Ergebnisse der Experimente und Simulationen erfolgte in Zusammenarbeit mit der DECHEMA. In den späteren Projektphasen standen Fragen des Scale-ups der Partikelproduktion und die Demonstration des Verfahrens im Pilotmaßstab im Vordergrund. Fazit: Im Rahmen des Projekts wurden große Fortschritte auf dem Weg zur technischen Umsetzung der Verfahren der Proteinreinigung bzw. Biokatalyse mit Hilfe von Magnetbeads erreicht. Der realisierte Maßstab der Pilotanlage zur Proteinreinigung liegt mit dem Einsatz von 100 g Magnetbeads pro Zyklus und bearbeiteten Suspensionsvolumen bis über 15 l um mehr als eine Größenordnung über sämtlichen bisher in der Literatur beschriebenen Anwendungen von Magnetbeads in der Biotechnologie. Zudem wurde in der Pilotanlage ein Automatisierungsgrad erreicht, der dem industrieller Prozesse entspricht und damit sämtliche daraus resultierende Herausforderungen vorwegnimmt. Ausgehend von einem Biofeedstock, wie z. B. einem ungeklärten Zellhomogenisat, liefert die Pilotanlage einen feststofffreien und zu ca. 70-95 % reinen Produktstrom. Die experimentellen Ergebnisse sowie theoretische Überlegungen zeigen, dass sich das Verfahren der primäre
Das Projekt "HeizKreis - Rückholung und Weiterverwendung seltener Erden Magnete - Kreislaufschließung bei Heizungspumpen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen durchgeführt.
Das Projekt "Edel- und sondermetallhaltige Abfallströme intelligent lenken: Bündelung, Zwischenlagerung, Recyclingeffizienz (ILESA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von bifa Umweltinstitut GmbH durchgeführt. Hinsichtlich der Erschließung der Recyclingpotenziale edel- und sondermetallhaltiger Abfälle aus unterschiedlichen Anfallstellen bestehen derzeit noch verschiedene ungenutzte Potenziale. Mittelfristig soll das Recycling ausgewählter, aus umweltpolitischer Sicht relevanter Edel- und Sondermetalle verbessert werden.
Ziel des Vorhabens ist es vor diesem Hintergrund, Vorschläge zur Optimierung und intelligenten Gestaltung der Recyclingkette (von Erfassung bis Rückgewinnung) für komplexe edel- und sondermetallhaltige Abfallströme zu entwickeln. Dazu sind folgende drei Themenfelder zu bearbeiten:
1) Erfassung, Bündelung, 'Intelligente Logistik': Für die Bündelung und selektive Erfassung von auszuwählenden Abfallströmen mit (oft gering konzentrierten) Edel- und Sondermetallen sind qualitativ neuartige Logistikkonzepte und Möglichkeiten zur intelligenten Organisation der Materialströme und Gestaltung der Informationsflüsse zu entwickeln, um das Recycling der Edel- und Sondermetalle sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht zu ermöglichen.
2) Zwischenlagerung: Da für bestimmte edel- und sondermetallhaltige Abfälle bisher keine großtechnischen Behandlungs- bzw. Rückgewinnungsverfahren verfügbar, jedoch in der Entwicklung sind, ist der Ansatz der Zwischenlagerung dieser Abfälle, bis geeignete Recyclingverfahren bzw. -kapazitäten verfügbar sind, zu konkretisieren und zu prüfen. Dabei sind insbesondere auch EU-rechtliche Vorgaben zu berücksichtigen.
3) Behandlung und Recycling: Kriterien für einen ökologisch optimalen Rückgewinnungsgrad aus den Abfallströmen sind zu entwickeln und beispielhaft auf ausgewählte edel- und sondermetallhaltige Abfallströme anzuwenden. Diesem optimalen Grad ist der technisch realisierte bzw. absehbar realisierbare Rückgewinnungsgrad gegenüberzustellen.
Es sind Konzepte und Optimierungsvorschläge zu entwickeln und zu bewerten. Die Themenbearbeitung ist durch Fachworkshops zum Informationsaustausch und zur Diskussion von Lösungsansätzen zu unterstützen. Anschließend ist vorzuschlagen, wie sich die zu den drei genannten Themenfeldern entwickelten Konzepte in der Recyclingwirtschaft ggf. implementieren und verankern lassen.