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Teilprojekt 6: LCA

Das Projekt "Teilprojekt 6: LCA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. durchgeführt. TRANSFORMATE nutzt die effizientesten Prozesse, um CO2 in Wertprodukte umzuwandeln. Dabei wird CO2 in einem ersten Schritt durch elektrochemische Konversion zu Ameisensäure reduziert. Im zweiten Schritt wird dann die Ameisensäure in einen Bioreaktor eingespeist, wo Ameisensäure-verstoffwechselnde Mikroorganismen die Ameisensäure hoch selektiv in Spezialchemikalien umwandeln. Projektziele: 1. Optimierung der kathodischen CO2-Reduktion zu Ameisensäure bei gleichzeitiger Kopplung mit der Wasser-Oxidation. Wir werden Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) mit polymeren Ionischen Flüssigkeiten (PILs) als Mediator in der katalytischen Schicht entwickeln. PILs eröffnen die Möglichkeit, die Produktionsrate und die Effizienz der CO2-Reduktion bei niedrigen pH-Werten und niedrigen Salzfrachten zu steigern. Wir werden innerhalb des Konsortiums eine spaltlose Elektrolyseur-Zelle, einen Stack-Prototypen bauen und eine Produktionsstrategie für das Scale-up der Stacks aufstellen. 2. Design und Konstruktion eines Ralstonia eutropha-Stamms mit hoch-effizienter Ameisensäure-Assimilation und Produktion von Biopolymeren und Crotonsäure. Wir werden das Bakterium R. eutropha durch die Integration des synthetischen, reduzierten Glycin-Stoffwechselwegs (rGlyP; effizientester Stoffwechselweg für die aerobe Ameisensäure-Assimilation) dazu befähigen, auf Ameisensäure zu wachsen. Darüber hinaus werden zwei Produktionsstämme konstruiert, die 1. Polyhydroxybuttersäure (PHB) in den Zellen akkumulieren und 2. Crotonsäure ins Medium sezernieren. 3. Integration des elektrochemischen und mikrobiellen Systems und Optimierung des Gesamtprozesses. Wir werden die Prototypen der CO2-Elektrolyseure direkt mit Labor-Bioreaktoren (2L) verbinden, um so das Gesamtsystem zu integrieren und im Betrieb zu untersuchen. Parallel dazu laufen LCA und TEA, um die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz des Gesamtsystems zu bilanzieren und so gezielt die kritischen Stellschrauben des Systems zu erkennen.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Merck Electronics KGaA durchgeführt. ESSENZ hat nicht nur zum Ziel ein elektrosynthetisches Screening bei MERCK zu etablieren, sondern dieses mit den Screening-Aktivitäten an der JGU in einem Zwilling zu paaren und so einen ungewöhnlich schnellen und effizienten Transfer in die Anwendung zu erreichen. Insbesondere die Nutzung von elektrochemischen Transformationen für die Herstellung von Spezialchemikalien und Wirkstoffen steht im Fokus. Zur Demonstration des Erfolges ist eine Skalierung von ausgewählten Prozessen in den Technikumsmaßstab geplant. Auch hier sollen die topaktuellen Optimierungswerkzeuge zum Einsatz kommen. An ausgewählten Beispielen sollen die neuen elektrochemischen Prozesse mit den bestehenden Herstellprozessen verglichen werden. Diese geplante Vorgehensweise wird MERCK einen sehr schnellen und kompetenten Einstieg in die Elektrosynthese ermöglichen. Darüber hinaus wird MERCK durch dieses Vorhaben, die Elektrifizierung von Synthesen zügig als alternative Technologie etablieren und dann unabhängig eine Evaluierung durchführen können.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Department Chemie durchgeführt. ESSENZ hat nicht nur zum Ziel ein elektrosynthetisches Screening bei MERCK zu etablieren, sondern dieses mit den Screening-Aktivitäten an der JGU in einem Zwilling zu paaren und so einen ungewöhnlich schnellen und effizienten Transfer in die Anwendung zu erreichen. Insbesondere die Nutzung von elektrochemischen Transformationen für die Herstellung von Spezialchemikalien und Wirkstoffen steht im Fokus. Zur Demonstration des Erfolges ist eine Skalierung von ausgewählten Prozessen in den Technikumsmaßstab geplant. Auch hier sollen die topaktuellen Optimierungswerkzeuge zum Einsatz kommen. An ausgewählten Beispielen sollen die neuen elektrochemischen Prozesse mit den bestehenden Herstellprozessen verglichen werden. Diese geplante Vorgehensweise wird MERCK einen sehr schnellen und kompetenten Einstieg in die Elektrosynthese ermöglichen. Darüber hinaus wird MERCK durch dieses Vorhaben, die Elektrifizierung von Synthesen zügig als alternative Technologie etablieren und dann unabhängig eine Evaluierung durchführen können.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.V. (IBZ Hohen Luckow e.V.) durchgeführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens NPBioPhos sollen nicht optimal genutzte Reststoffe der Getreideverarbeitung als hochwertige Synthesebasis verwendet werden. Das Ziel besteht im Erhalt einer multifunktionellen, nachhaltig produzierten Spezialchemikalie auf der Basis von pflanzlicher Phytinsäure, die in den anvisierten Applikationen wirtschaftlich konkurrenzfähig den ökologischen Standard hebt. Erste Anwendungsgebiete der aus verschiedenen Samen (Getreide, Leguminosen, Ölsaaten) bzw. Reststoffen, die bei deren Verarbeitung anfallen, gewonnenen Phytinsäure sollen der textile Flammschutz und die Schwermetallabreinigung industrieller Abwässer sein. Bei positivem Projektverlauf kann dies zum Ersatz der bisher genutzten umweltproblematischen Substanzen führen. Koordiniert wird das Forschungsvorhaben vom Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.V. (IBZ), das darüber hinaus auch selbst Forschungsarbeiten zur Gewinnung und Stabilisierung des Rohproduktes unternimmt sowie die ökonomischen und ökologischen Wirkungseffekte bewertet. Das Institut für Getreideverarbeitung GmbH (IGV) steuert die zur Selektion der Ausgangsstoffe notwendige Expertise bei und setzt die Realisierung der mechanischen Vorbereitungsschritte sowie die Herstellung der Phytinsäure um. Die FuE-Aktivitäten zur Funktionalisierung von Textilien und der Anwendung im Flammschutzbereich leistet das Deutsche Textilforschungszentrum Nord-West gGmbH (DTNW). Neben zahlreichen analytischen Aufgaben führt das Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) die Forschungsarbeiten zum Einsatz von Phytinsäure als Komplexbildner bzw. zur Bindung von Schwermetallen in Abwässern durch.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e.V. durchgeführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens NPBioPhos sollen nicht optimal genutzte Reststoffe der Getreideverarbeitung als hochwertige Synthesebasis verwendet werden. Das Ziel besteht im Erhalt einer multifunktionellen, nachhaltig produzierten Spezialchemikalie auf der Basis von pflanzlicher Phytinsäure, die in den anvisierten Applikationen wirtschaftlich konkurrenzfähig den ökologischen Standard hebt. Erste Anwendungsgebiete der aus verschiedenen Samen (Getreide, Leguminosen, Ölsaaten) bzw. Reststoffen, die bei deren Verarbeitung anfallen, gewonnenen Phytinsäure sollen der textile Flammschutz und die Schwermetallabreinigung industrieller Abwässer sein. Bei positivem Projektverlauf kann dies zum Ersatz der bisher genutzten umweltproblematischen Substanzen führen. Koordiniert wird das Forschungsvorhaben vom Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.V. (IBZ), das darüber hinaus auch selbst Forschungsarbeiten zur Gewinnung und Stabilisierung des Rohproduktes unternimmt sowie die ökonomischen/ökologischen Wirkungseffekte bewertet. Das Institut für Getreideverarbeitung GmbH (IGV) steuert die zur Selektion der Ausgangsstoffe notwendige Expertise bei und setzt die Realisierung der mechanischen Vorbereitungsschritte sowie die Herstellung der Phytinsäure um. Die FuE-Aktivitäten zur Funktionalisierung von Textilien und der Anwendung im Flammschutzbereich leistet das Deutsche Textilforschungszentrum Nord-West gGmbH (DTNW). Neben zahlreichen analytischen Aufgaben führt das Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) die Forschungsarbeiten zum Einsatz von Phytinsäure als Komplexbildner bzw. zur Bindung von Schwermetallen in Abwässern durch.

Teilprojekt D

Das Projekt "Teilprojekt D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Getreideverarbeitung GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens NPBioPhos sollen nicht optimal genutzte Reststoffe der Getreideverarbeitung als hochwertige Synthesebasis verwendet werden. Das Ziel besteht im Erhalt einer multifunktionellen, nachhaltig produzierten Spezialchemikalie auf der Basis von pflanzlicher Phytinsäure, die in den anvisierten Applikationen wirtschaftlich konkurrenzfähig den ökologischen Standard hebt. Erste Anwendungsgebiete der aus verschiedenen Samen (Getreide, Leguminosen, Ölsaaten) bzw. Reststoffen, die bei deren Verarbeitung anfallen, gewonnenen Phytinsäure sollen der textile Flammschutz und die Schwermetallabreinigung industrieller Abwässer sein. Bei positivem Projektverlauf kann dies zum Ersatz der bisher genutzten umweltproblematischen Substanzen führen. Koordiniert wird das Forschungsvorhaben vom Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.V. (IBZ), das darüber hinaus auch selbst Forschungsarbeiten zur Gewinnung und Stabilisierung des Rohproduktes unternimmt sowie die ökonomischen/ökologischen Wirkungseffekte bewertet. Das Institut für Getreideverarbeitung GmbH (IGV) steuert die zur Selektion der Ausgangsstoffe notwendige Expertise bei und setzt die Realisierung der mechanischen Vorbereitungsschritte sowie die Herstellung der Phytinsäure um. Die FuE-Aktivitäten zur Funktionalisierung von Textilien und der Anwendung im Flammschutzbereich leistet das Deutsche Textilforschungszentrum Nord-West gGmbH (DTNW). Neben zahlreichen analytischen Aufgaben führt das Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) die Forschungsarbeiten zum Einsatz von Phytinsäure als Komplexbildner bzw. zur Bindung von Schwermetallen in Abwässern durch.

Teilvorhaben 1: Scale-Up und Pilotierung

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Scale-Up und Pilotierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ESy-Labs GmbH durchgeführt. Bioraffineriekonzepte, zu welchen das hier beantragte Projekt gehört, werden in Zukunft mehr und mehr dazu beitragen, fossile durch heimische und biobasierte Rohstoffquellen zu ersetzen. Ein bereits lange bestehendes Konzept resultiert aus der Zellstoffproduktion. Hierfür werden schon immer biobasierte Produkte eingesetzt. Jedoch werden die Reststoffe der Zellstoffproduktion meist nur energetisch genutzt. In den letzten Jahrzehnten ist das Interesse an Lignin und den enthaltenen Fettsäuren aber stetig gewachsen, wobei bis heute noch kein industrieller Prozess zur stark wertgesteigerten Verwertung dieser Reststoffe, und somit eine Erweiterung des Bioraffineriekonzeptes zur Herstellung von Spezialchemikalien, erreicht werden konnte. Dies soll mit dem hier beschriebenen Projekt erfolgen. Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung (i) der chemischen Umsetzung von Fettsäuren mittels Kolbe-Elektrolyse (ii) eines passgenauen Elektrolyseurs und (iii) der Hochskalierung zur Herstellung von Mustermengen an Weiß- bzw. Paraffinölen und Paraffinen auf Basis von biobasierten Fettsäuren aus der Tallöldestillation. Diese sollen in Formulierungen für Kosmetik- oder Bauprodukten sowie als Verarbeitungshilfsmittel bei Polymeren getestet werden. Am Ende soll ein technischer Elektrosyntheseprozess grundlegend etabliert sein und dessen Wirtschaftlichkeit inkl. einer ersten LCA abgeschätzt werden. Dazu sollen im Projekt mehrere Teilziele erarbeitet werden.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Textilforschungszentrum Nord-West gGmbH (DTNW) durchgeführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens NPBioPhos sollen nicht optimal genutzte Reststoffe der Getreideverarbeitung als hochwertige Synthesebasis verwendet werden. Das Ziel besteht im Erhalt einer multifunktionellen, nachhaltig produzierten Spezialchemikalie auf der Basis von pflanzlicher Phytinsäure, die in den anvisierten Applikationen wirtschaftlich konkurrenzfähig den ökologischen Standard hebt. Erste Anwendungsgebiete der aus verschiedenen Samen (Getreide, Leguminosen, Ölsaaten) bzw. Reststoffen, die bei deren Verarbeitung anfallen, gewonnenen Phytinsäure sollen der textile Flammschutz und die Schwermetallabreinigung industrieller Abwässer sein. Bei positivem Projektverlauf kann dies zum Ersatz der bisher genutzten umweltproblematischen Substanzen führen. Koordiniert wird das Forschungsvorhaben vom Innovations- und Bildungszentrum Hohen Luckow e.V. (IBZ), das darüber hinaus auch selbst Forschungsarbeiten zur Gewinnung und Stabilisierung des Rohproduktes unternimmt sowie die ökonomischen und ökologischen Wirkungseffekte bewertet. Das Institut für Getreideverarbeitung GmbH (IGV) steuert die zur Selektion der Ausgangsstoffe notwendige Expertise bei und setzt die Realisierung der mechanischen Vorbereitungsschritte sowie die Herstellung der Phytinsäure um. Neben zahlreichen analytischen Aufgaben führt das Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) die Forschungsarbeiten zum Einsatz von Phytinsäure als Komplexbildner bzw. zur Bindung von Schwermetallen in Abwässern durch. Innerhalb des Projektverbundes leistet das Deutsche Textilforschungszentrum Nord-West gGmbH (DTNW) im Teilprojekt C Textiler Flammschutz FuE-Aktivitäten zur permanenten Funktionalisierung von unterschiedlichen textilen Materialien mit Phytinsäurederivaten und untersucht die flammhemmende Wirkung dieser Ausrüstung.

Teilprojekt Siemens CO2-zu-CO Elektrolyse (Phase 1)

Das Projekt "Teilprojekt Siemens CO2-zu-CO Elektrolyse (Phase 1)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Das Arbeitsziel des Gesamtvorhabens ist die Vorbereitung der weltweit ersten Kopplung eines CO2-zu-CO Elektrolyseurs mit einem Fermenter zur Produktion von Spezialchemikalien. Das Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung der Grundlagen für den weltweit ersten Elektrolysestack und Elektrolysesystems zur einstufigen direkten Reduktion von CO2 zu CO in industrieller Größe im 10 - 20 kW Bereich durch die Siemens AG. Als Grundlage dient der aktuelle Entwicklungsstand einer Einzelzelle im Watt-Bereich, wie er im Kopernikusprojekt (FKZ: 03SFK2J0) erarbeitet wurde. Dieser Stack dient der Konversion von im Endausbau ungenutzter erneuerbarer Energie zum dem stofflichen Energieträger CO und dessen Bereitstellung für eine nachfolgende Fermentation. Der Elektrolyseur soll dabei so maßgeschneidert werden, dass der CO2 bzw. gesamte Gaskreislauf mit kostenminimierten Schnittstellen geschlossen werden kann. Ein wesentlicher Aspekt ist die Anpassung der Produktgaszusammensetzung des Elektrolyseurs an den Fermenter und die gegenseitige Rückkopplung der Betriebsparameter. Die Verschleppung von Betriebsstoffen in beide Richtungen beinhaltet Risiken für die Lebensdauer des Elektrolyseurs bzw. die Wachstumsbedingungen für die Bakterien. Aus übergeordneter Sicht ergänzen sich CO2-Elektrolyse und Fermentation ideal an der energetisch-stofflichen Schnittstelle. Im Vergleich zur klassischen thermischen Chemie ist einzig und allein bis heute nur die Biologie in der Lage mit dem erzeugten CO, H2, CO2 Gasgemisch, in gewissen Rahmen flexibel, komplexe chemische Stoffe in einem einzigen Schritt ohne unerwünschte Nebenprodukte aufzubauen. Der in diesem Teilvorhaben des Rheticus I Projektes entwickelte und unabhängig aufgebaute CO2-zu-CO Elektrolyseur soll in einem nachgelagerten Projektteil mit der Fermentation an einem Evonik Standort zu einer weltweit einzigartigen ökologisch und ökonomisch arbeitenden Produktionsanlage von 10 t/a Hexanol zusammengeführt werden.

Teilvorhaben 2: Etablierung von Kolbe-Elektrolyse an TOFA zur Herstellung von Weißölen und Paraffinen

Das Projekt "Teilvorhaben 2: Etablierung von Kolbe-Elektrolyse an TOFA zur Herstellung von Weißölen und Paraffinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Department Chemie durchgeführt. Bioraffineriekonzepte, zu welchen das hier beantragte Projekt gehört, werden in Zukunft mehr und mehr dazu beitragen, fossile durch heimische und biobasierte Rohstoffquellen zu ersetzen. Ein bereits lange bestehendes Konzept resultiert aus der Zellstoffproduktion. Hierfür werden schon immer biobasierte Produkte eingesetzt. Jedoch werden die Reststoffe der Zellstoffproduktion meist nur energetisch genutzt. In den letzten Jahrzehnten ist das Interesse an Lignin und den enthaltenen Fettsäuren aber stetig gewachsen, wobei bis heute noch kein industrieller Prozess zur stark wertgesteigerten Verwertung dieser Reststoffe, und somit eine Erweiterung des Bioraffineriekonzeptes zur Herstellung von Spezialchemikalien, erreicht werden konnte. Dies soll mit dem hier beschriebenen Projekt erfolgen. Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung (i) der chemischen Umsetzung von Fettsäuren mittels Kolbe-Elektrolyse (ii) eines passgenauen Elektrolyseurs und (iii) der Hochskalierung zur Herstellung von Mustermengen an Weiß- bzw. Paraffinölen auf Basis von biobasierten Fettsäuren aus der Tallöldestillation. Diese sollen in Formulierungen für Kosmetik- oder Bauprodukten getestet werden. Am Ende soll ein technischer Elektrosyntheseprozess grundlegend etabliert sein und dessen Wirtschaftlichkeit inkl. einer ersten LCA abgeschätzt werden. Dazu sollen im Projekt mehrere Teilziele erarbeitet werden.

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