Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Biotechnologie, Fachgebiet Bioverfahrenstechnik durchgeführt. 1. Vorhabenziel: PHABIO APP verfolgt das Ziel eine geschlossene Prozesskette für die Produktion, die Verarbeitung, die Wiederverwertung und die Bioabbaubarkeit von neuartigen Polyhydroxyalkanoaten (PHA)- Biopolymeren aus biologischen Abfällen zu entwickeln. PHA-Polymere sind biologisch produzierte Polyester und können alternativ zu konventionell hergestelltem Plastik eingesetzt werden. Die TU Berlin entwickelt Verfahren zur Integration von Liquid-Handling Systemen in die Bioprozessentwicklung mit Abfallfetten als Substrat im Lochplatten- und Mikrobioreaktormaßstab zur Verkürzung der Prozessentwicklungszeiten. Zudem wird im Anschluss ein Scale up exemplarisch vom 10 mL in den 10 L Maßstab durchgeführt. 2. Arbeitsplanung: Es wird zunächst die Reproduzierbarkeit der Kultivierungen im Batch und Fed-batch Modus evaluiert. Dazu müssen Strategien entworfen werden, wie aus einer Kombination von thermischer, mechanischer und chemischer Vorbehandlung eine Pipettierung der Abfallfette ermöglicht und eine ausreichende Durchmischung erzielt wird. Es werden in diesem Rahmen klassische ingenieurtechnische Parameter wie u.a. der Leistungseintrag ermittelt. In einem zweiten Schritt wird experimentelles Design genutzt, um ein Stamm- und schließlich ein Parameterscreening durchzuführen. Auf Grundlage eines Prozessmodells erfolgt eine weitere Versuchsoptimierung. Schließlich wird ein Scale up unter Berücksichtigung ähnlichkeitstheoretischer Betrachtungen vorgenommen.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik durchgeführt. PHABIO APP verfolgt das Ziel eine geschlossene Prozesskette für die Produktion, die Verarbeitung, die Wiederverwertung und die Bioabbaubarkeit von neuartigen Polyhydroxyalkanoaten (PHA)- Biopolymeren aus biologischen Abfällen zu entwickeln. PHA-Polymere sind biologisch produzierte Polyester und können alternativ zu konventionell hergestelltem Plastik eingesetzt werden. Das Fraunhofer IPK wird an der Verarbeitung der PHA-Polymere durch das Spritzgussverfahren arbeiten. Zusätzlich sollen die Eigenschaften der PHA Biopolymere sowie deren Wiederverwertung im Spritzgussverfahren analysiert werden. Es sollen Datenbanken zu den Prozessparametern und den Materialeigenschaften generiert werden, abhängig von der Zusammensetzung der PHA Biopolymere. Das Fraunhofer IPK arbeitet an der Entwicklung und Optimierung von Spritzgussparametern für die Verarbeitung der PHA-Biopolymere, die durch die Verbundpartner produziert werden. Der Einfluss von Reinheit und molarer Zusammensetzung der Polymere wird untersucht. PHA- Probenkörper werden für mechanische Untersuchungen nach DIN Standards geformt. Die spritzgegossenen PHA-Proben werden nach standardisierten Tests charakterisiert. Materialalterungseffekte werden untersucht. Abschließend wird ermittelt, wie oft das Material recycelt und spritzgegossen werden kann.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ANiMOX GmbH durchgeführt. PHABIO APP verfolgt das Ziel, eine geschlossene Prozesskette für die Produktion, die Verarbeitung, die Wiederverwendung und die Bioabbaubarkeit von neuartigen Polyhydroxyalkanoat-(PHA)-Bio-polymeren aus Abfallfetten von Industrie und Lebensmittelverarbeitung zu entwickeln. PHA-Biopolymere sind biologisch produzierte Polyester, die Alternativen zu konventionell hergestellter Plastik werden können. ANiMOX zeichnet in dem Projekt für die Identifizierung der Aufkommensquellen von minderwertigen Fetten, für deren Aufbereitung als Fermentationsrohstoffe sowie die Entwicklung effektiver Extraktions- und Reinigungsverfahren für das Rohmaterial verantwortlich. Für diesen Aufbereitungsprozess werden verschiedene Vor- und Nachreinigungsverfahren untersucht und innovative Kombinationen davon für den speziellen Anwendungsfall neu entwickelt. Mit den neuen Technologien aufgereinigte Produktmuster aus Altfettfraktionen werden den Projektpartnern für die Kultivierung der Mikroorganismen und für die PHA-Musterproduktion zur Verfügung gestellt. In einem iterativen Prozess wird die Technologie zur Gewinnung und Aufreinigung der für die Fermentation am besten geeigneten Fettfraktionen vor allem unter dem Aspekt Produktausbeute und Produktionskosten optimiert. ANiMOX wird durch eigene Marktrecherche wirtschaftlich relevante Altfettquellen erfassen, hinsichtlich ihrer quantitativen und qualitativen Eignung für den Fermentationsprozess bewerten und bezüglich ihrer Marktrelevanz (Aufkommen, Qualitäten, Preise) einordnen.
Das Projekt "Teilvorhaben: LCS Life Cycle Simulation GmbH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von LCS - Life Cycle Simulation GmbH durchgeführt. Im Bereich der Kosmetik besteht eine große Nachfrage nach umweltverträglichen Verpackungen Die größte Herausforderung besteht hierbei darin, diese in einem effizienten und ökonomischen Prozess herzustellen. Dieses Projekt zielt auf die Produktion biobasierter Verpackungsmaterialien für die Kosmetikindustrie ab: Im Fokus steht die Nutzung nachhaltiger C-Quellen oder Abfallströmen zur Herstellung von Polyhydroxyalkanoaten mit geeigneten Stämmen. In Verbindung mit einer umweltfreundlichen Hochdrucktechnik zur Aufreinigung soll dies in einem nachhaltigen Verfahrenskonzept münden. Die Biokunststoffe sollten zumindest äquivalente Eigenschaften zu bereits kommerziell genutzten Materialien aufweisen. Die anwendungsspezifischen und chemisch-physikalischen Untersuchungen dienen damit der Evaluierung der Wettbewerbsfähigkeit. Die Nachhaltigkeit der Herstellung und Verwendung dieses PHAs wird mit einer Lebenszyklusanalyse abgeschätzt.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Reduktion von Fettestern und Polyestern zu Fettethern und Polyethern sowie Untersuchung der Eigenschaften und der Reaktionsmechanismen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie durchgeführt. In dem hier vorgeschlagenen Vorhaben sollen auf dem Gebiet der Nutzung von Fetten und Ölen aber auch von Milchsäure als nachwachsenden Rohstoffen für die Chemie nach neuen Wegen zur Synthese von monomeren und polymeren Fettethern geforscht werden. Fettether haben im Vergleich zu den in der Natur vorliegenden Fettestern, wie z.B. den Triglyceriden, einige bemerkenswerte vorteilhafte Eigenschaften. Deshalb sollen monomere Dien-Fettether synthetisiert und diese zu Polyethern polymerisiert werden. Weiterhin sollen Polyester und auch insbesondere Polymilchsäureester, partiell sowie vollständig zu den entsprechenden Polyethern reduziert werden. Die Materialeigenschaften der neuen Polymere soll untersucht werden. Schließlich soll der Mechanismus der Reduktion von Estern zu Ethern aufgeklärt werden. Die Oldenburger Gruppe wird durch Reduktion der entsprechenden Fettester die monomeren Ether synthetisieren, die von der Karlsruher Gruppe, gegebenenfalls modifiziert, polymerisiert werden. Die Karlsruher Gruppe wird auch fettbasierte Polyester synthetisieren, die von der Oldenburger Gruppe partiell oder vollständig zu Ether-Ester-Copolymeren sowie Polyethern reduziert werden. Weiterhin wird die Karlsruher Gruppe wohlcharakterisierte Polymilchsäure mit definierten Molekulargewichten bereitstellen, die von der Oldenburger Gruppe partiell zu Ether-Ester-Copolymeren oder vollständig zu erneuerbaren Polypropylenglykolen reduziert werden. Weiterhin wird diese kommerziell verfügbare Polyhydroxyalkanoate partiell und vollständig zu Ether-Ester-Copolymeren sowie Polyethern reduzieren (Oldenburg). Die Karlsruher Gruppe wird die Polymeren charakterisieren und die Materialeigenschaften der interessantesten Polymere eingehend untersuchen. (Zeitlicher Ablauf: siehe Balkenplan)
Das Projekt "BIOPIT - Werkstofftechnik und Verarbeitung von Biopolymeren in Thüringen - In-Line Compoundierung & Spritzgießen von Biopolymeren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Ilmenau, Fachgebiet Kunststofftechnik durchgeführt. Im Teilprojekts TP3: Verarbeitungstechnologie: In-Line-Compoundierung & Spritzgießen von Biopolymeren war vorgesehen, Biokunststoffe so schonend zu verarbeiten, dass die Eigenschaften durch den Verarbeitungsprozess nicht negativ beeinflusst werden, sondern ein höchstmögliches Maß der positiven Eigenschaftspotenziale von Biopolymeren erhalten bleibt, bzw. im Verarbeitungsprozess gesteuert werden kann. Die schonende Verarbeitung zielt auf eine möglichst geringe thermische und Scherbeanspruchung des Materials im Verarbeitungsprozess ab. Damit ergibt sich für Formteile ein minimales Schwindungsverhalten mit maximalen mechanischen und thermischen Eigenschaften. Es wurden gezielt Biokunststoffe der Klassen Polyhydroxyalkanoate (PLA), Celluloseacetate (CA) und Polyhydroxbutyrate (PHBV) aufgrund ihres technischen Eigenschaftspotenzials ausgewählt. Besonderer Fokus lag auf der Anwendung im Automobilbereich (Heizungs-/ Klimakasten), dessen Anforderungsprofil von den Biokunststoffen erfüllt werden sollte. Die ausgewählten Biokunststoffe wurden zum einen im konventionellen Verfahren, dem Spritzgießen verarbeitet, wobei zur Ermittlung der degradationsfördernden Verarbeitungsbedingungen die Prozessparameter Massetemperatur, Schneckenumfangsgeschwindigkeit, Einspritzgeschwindigkeit und Nachdruckhöhe variierend untersucht wurden. Da die Massetemperatur zusätzlich von der Verweildauer der Schmelze im System abhängig ist, wurde ebenfalls der Faktor Verweilzeit variert. Diese Abhängigkeiten spiegeln sich auch in der Art der ausgewählten Maschinengröße wieder, so dass dieser Einfluss durch Versuche auf einer Spritzgießmaschine (SGM) mit 60to Schließkraft und einer SGM von 650to Schließkraft untersucht wurde. Da die zielführende Verarbeitungstechnologie das In-Line Compounding ist, wurde dieses Maschinenkonzept auf Basis bekannter und bestehender Maschinenkomponenten im Rahmen des Projektes für kleinere Maschinen neu konzipiert und umgesetzt. Es wurde eine kleine Spritzgießmaschine mit einem patentierten FIFO-Speichermodul ausgerüstet und an einen Doppelschneckenextruder gekoppelt. Die so erzeugten Formteile wurden anschließend auf ihre erreichbaren thermischen und mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Verarbeitungsbedingungen untersucht. Die Ergebnisse aus den Versuchsreihen zeigen, dass mit heute verfügbaren Biokunststoffen Materialeigenschaften von konventionellen Kunststoffen erreichbar sind, insofern die Prozessbedingungen auf den jeweiligen Biokunststoff angepasst werden. Für amorphe Biokunststoffe sollten die Prozessparameter Einspritzgeschwindigkeit und Nachdruck gering eingestellt werden, um maximal Eigenschaften zu erzeugen. Bei teilkristallinen Biokunststoffen sollten für eine optimale Eigenschaftserreichung die thermischen Belastungen Verweilzeit und Massetemperatur gering gehalten, da diese einen signifikanten Einfluss auf die Molekülstruktur und die Kristallinität des Formteils ausüben.
Das Projekt "Bewertung neuer Verarbeitungsmethoden für PHA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg Zentrum für Ingenieurwissenschaften durchgeführt. Polyhydroxyalkanoate sind bioabbaubare Polymerwerkstoffe, die bei der Schmelzeverarbeitung durch eine hohe thermische Empfindlichkeit gekennzeichnet sind. Inhalt des Projektes ist die werkstoffseitige Anpassung thermisch instabiler Polyhydroxyalkanoate - insbesondere Polyhydroxybutyrat (PHB) - an konventionelle Schmelzeverarbeitungsprozesse durch Modifizierung des Werkstoffes. Dabei ist die Charakterisierung der modifizierungsbedingten Veränderung des Kristallisationsverhaltens sowie die Morphologiebildung von spezifischem Interesse für die Herausbildung der anwendungsrelevanten physikalisch-mechanischen Eigenschaften.
Das Projekt "Biokunststoffe aus Abfallstoffen der Lebensmittelindustrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BDI - BioDiesel International AG durchgeführt. In den letzten Jahren sind biologisch Biokunststoffe immer mehr zum Forschungsinteresse geworden. Die Gründe liegen einerseits in der Suche nach Alternativen zur Verwendung von Kunststoffen auf Erdölbasis angesichts der zur Neige gehenden Erdölreserven und andererseits am Anwachsen der Müllberge und den damit verbundenen Problemen. Biokunststoffe können wie konventionelle Kunststoffe für eine große Vielfalt von Produkten, eingesetzt werden. Vor allem für kurzlebige Güter, wie Verpackungen oder Catering-Artikel sind Produkte aus Biokunststoff in höchstem Maße geeignet. Biokunststoffe werden aus nachwachsenden Quellen gewonnen und sind durch Mikroorganismen, also durch Kompostierung wieder abbaubar. Das vorliegende Projekt befasst sich mit Polyhydroxyalkanoaten (PHA), diese unterscheiden sich von anderen Biokunststoffen durch vorteilhafte Eigenschaften, wie Gasbarriereeigenschaften, Wasseraufnahme und Schmelztemperatur. Im Rahmen des beantragten Impulsprojektes soll ein wirtschaftlicher und ökologischer Prozess zur Herstellung von PHA entwickelt werden. Die Herausforderung liegt darin, ein neues Verfahren zu entwickeln, in dem einerseits auf die gegenseitige Wechselwirkung der einzelnen Grundoperationen bedacht genommen wird und andererseits danach getrachtet wird, Prozessnebenprodukte, nicht als Abfallströme aus dem Prozess ausschleusen zu müssen, sondern durch geeignete Aufbereitung wieder in den Prozess rückzuführen. Maximale Kreislaufschließung soll ermöglichen, ein Produkt, das den Anforderungen an Ressourcenschonung, Deponieentlastung und Abfallverarbeitung genügt, in einem Verfahren der Cleaner Produktion herzustellen.
Das Projekt "Valorisierung von Reststoffen der Zuckerindustrie zur Biokunststoffproduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Department für Agrarbiotechnologie, IFA-Tulln, Institut für Umweltbiotechnologie durchgeführt. Die auf Rübenzucker basierende Zuckerproduktion in Österreich (und Europa) steht vor großen Herausforderungen, da im September 2017 die schützende Quotenregelung ausläuft. Vor diesem Hintergrund ist ein innovatives Umdenken der Akteure notwendig. Im Projekt ValorPlast soll eine innovative, wertsteigernde Nutzung von anfallenden Nebenprodukten (Restmelasse und Zuckerrübenschnitzel) untersucht werden, welche derzeit nur mit geringer Kapitalrendite genutzt werden können. Polyhydroxyalkanoate (PHA) wurden im Vorfeld als optimales Produkt identifiziert, da sie biotechnologisch aus diesen Nebenprodukten gewonnen werden können. Diese biobasierten und biologisch abbaubaren Polymere haben ein großes Potential in vielen Bereichen, z.B. als Verpackungsmaterial, Einwegprodukte und in der Medizintechnik. Sie sind jedoch zurzeit durch ihren Preis im Absatz limitiert, da derzeit für die Produktion raffinierte Zucker eingesetzt werden. Die Verwertung von Nebenprodukten der Zuckerindustrie soll hier zu einer win-win Situation führen: Verminderung der Substratkosten und hochwertige Verwertung der Nebenprodukte. Es werden Mikroorganismen zur optimalen Verwertung der Reststoffe gescreent und die Fermentationen optimiert, um möglichst hohe Raumzeitausbeuten zu erreichen. Aus dem extrahierten Polymer werden Prüfstäbe hergestellt, welche auf verarbeitungs- und anwendungstechnische Eigenschaften hin untersucht werden. Abschließend erfolgt eine gesamtheitliche Prozessbewertung, welche neben der Potentialabschätzung auch eine ökonomische Analyse umfasst.
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