Forschungsprojekte

Die Forschung konzentriert sich auf die optimale Regelung industrieller Fermentationsprozesse, die bei der Verwendung von Hydrolysaten aus landwirtschaftlichen Reststoffen von Chargenschwankungen betroffen sind. Das Hauptziel besteht darin, das volle Potenzial von Bioprozessdaten auszuschöpfen, eine schnellere Fehlerbehebung zu ermöglichen, die Prozessautomatisierung zu verbessern und den Bedarf an zeitaufwändigen und kostspieligen Offline-Messungen durch die Entwicklung kontinuierlich trainierter, validierter und verbesserter, auf Hybridmodellen basierender Softsensoren zu reduzieren. Die Prozesssteuerung umfasst die Kombination von Echtzeitdaten von Hardwaresensoren mit speziell entwickelten Modellen, um nicht messbare Parameter online vorherzusagen.

Kontakt: Nico Geisler M. Sc.

Dieses Forschungsprojekt befasst sich mit der Produktion, dem Scale-up und der Weiterverarbeitung von Exopolysacchariden mit verschiedenen Mikroorganismen für unterschiedliche Anwendungen. Die Entwicklung solcher Produkte birgt bestimmte Herausforderungen wie die oftmals hohe Viskosität, die Empfindlichkeit der Produkte gegenüber Wasser- und Umweltbedingungen und die Maßstabsvergrößerung. Die Überwindung solcher Hürden und die Entwicklung nachhaltiger, biologisch abbaubarer Materialien ist das Hauptziel der Forschung.

Kontakt: Venessa Dsouza M. Sc.

Bei bestimmten biotechnologischen Produktionsverfahren nimmt die Viskosität des Reaktionsmediums mit steigender Produktkonzentration zu. Dies ist besonders wichtig für die mikrobielle Biopolymerproduktion, bei der der Sauerstofftransfer mit fortschreitender Fermentationsreaktion limitiert wird. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, konventionelle Reaktorsysteme für solche Anwendungen zu verbessern und zu erneuern, indem additive manufacturing (AM) und computational fluid dynamics (CFD) als Testplattformen eingesetzt werden. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Optimierung spezifischer Phasen, einschließlich der Rückgewinnung des Endprodukts, wobei die wirtschaftliche Tragfähigkeit des gesamten Herstellungsprozesses im Vordergrund steht.

Konakt: Juan Mariño Jara M. Sc.

Das Ziel dieses Projekts ist Methanol, das aus CO2 hergestellt werden kann, in Form eines fermentativen Prozesses in antioxidativ-wirkende Stoffe umzusetzen. Diese sind von besonderer Bedeutung für die Futtermittelindustrie, um Futtermittel mit erhöhtem Fettgehalt zu stabilisieren. Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist es ein methanol-basiertes Produktionsverfahren zu entwickeln und zu optimieren, welches aus der Fermentation mit dem Mikroorganismus Saccharomyces cerevisiae und der nachfolgenden Aufarbeitung der Zielsubstanzen besteht. Dabei beinhaltet das Projekt von Beginn an ökonomische Machbarkeitsstudien, um die Wirtschaftlichkeit sicherzustellen.

Kontakt: Ulf Stegemeyer M. Sc. / Ilgaz Oktay M. Sc.

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderte Transfernetzwerk zur Beschleunigung der Industriellen Bioökonomie (TransBIB) hat zum Ziel, die Abhängigkeit Deutschlands von nicht erneuerbaren Ressourcen zu verringern, indem es eine schnellere Überführung biotechnologischer Produktionsprozesse aus dem Labor in den industriellen Maßstab ermöglicht. BVT unterstützt TransBIB durch die Erstellung von Prozesssimulationen für das Up-Scaling biotechnologischer Produktionsverfahren. Darüber hinaus wird eine Datenbank über die Kapital- und Betriebskosten von Anlagen im industriellen Maßstab erstellt. Schließlich zielt das Projekt darauf ab, Start-ups, sowie kleine und mittlere Unternehmen bei der Skalierung zu unterstützen, indem Informationen über die erforderlichen Genehmigungen, Verfahren und Fristen weitergegeben werden, die bei der Planung und dem Bau solcher Anlagen zu berücksichtigen sind.

Kontakt: Estelle van der Walt M. Sc.

Das von der Europäischen Exekutivagentur für Forschung (REA) geförderte Projekt CirculH2 zielt darauf ab, die erfolgreiche Entwicklung einer oder mehrerer äußerst robuster und skalierbarer Hydrogenasen für die Verwendung von H2 zu demonstrieren, die die Biotransformation biobasierter Materialien in Spezial- und Grundchemikalien in einem industriellen Umfeld selektiv vorantreiben. Die Technologie zielt darauf ab, die stark genutzten konventionellen chemischen Produktionsmethoden zu ersetzen und die Dekarbonisierung der industriellen Biotechnologie zu ermöglichen. Die Professur für Bioverfahrenstechnik entwickelt die Produktion von FeFe-Hydrogenase im industriellen Maßstab innerhalb des CirculH2-Projekts. Dazu wird die Fermentation von E. coli, das als Quelle für unser widerstandsfähiges Hydrogenase-Enzym dient, hochskaliert.

Kontakt: Ilgaz Oktay M. Sc.

Für die industrielle Biotechnologie sind effiziente Fermentationsprozesse von besonderer Bedeutung. Hierfür soll innerhalb des Promotionsprojektes ein sogenannter SoftSensor entwickelt werden. Dieser soll die optimale Regelung des Bioprozesses und somit maximale Ausbeuten in minimaler Fermentationszeit ermöglichen. Der SoftSensor soll kontinuierlich Prozessparameter modellgestützt messen, welche nicht direkt über konventionelle Hardware-Sensoren messbar sind. Das Projekt umfasst einen praktischen Fermentationsteil mit Escherichia coli und einen theoretischen Programmierteil.

Kontakt: Dennis Beerhalter M. Sc.

Diese Initiative zielt darauf ab, die Solar-Biotechnologie zu revolutionieren, indem fortschrittliche Automatisierungsprotokolle für eine hocheffiziente Mikroalgenproduktion entwickelt werden.
Von MEP wird Prof. Dr. Michael Zavrel, ein Kernmitglied, seine Expertise in Prozessintegration und Datenerfassung einbringen, während Prof. Sonja Berensmeier, Direktorin von MEP, sich auf Harvesting- und Downstream-Bioseparation konzentrieren wird. Die University of Queensland wird die Analyse von Kultivierungsprozessdaten sowie techno-ökonomische und ökologische Auswirkungen untersuchen.
Durch die Bündelung interdisziplinärer Expertise zielt das Projekt darauf ab, ein vollständig integriertes, automatisiertes System für die Mikroalgen-Kultivierung, Harvesting und Downstream-processes zu entwickeln.

Kontakt: Eric Gathirwa Kariuki M. Sc.

RaSenT Bio ist ein von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördertes Projekt mit dem Ziel, die Bioprozessentwicklung durch den Einsatz der Raman-Spektroskopie zu beschleunigen. Diese fortschrittliche Technologie ermöglicht die Echtzeit-Überwachung aller relevanten Konzentrationen mit hoher Auflösung – sowohl während des Fermentationsprozesses als auch in kritischen verfahrenstechnischen Schritten der Downstream-Prozesse. Durch die Integration dieser einzigen, informationsreichen Messtechnik direkt in Bioreaktoren und Prozesssysteme soll ein Großteil der derzeit notwendigen, zeitaufwändigen und fehleranfälligen Analyseverfahren überflüssig gemacht werden. RaSenT Bio vereint Expertinnen und Experten aus Wissenschaft und Industrie, um den Weg für eine schnellere, effizientere und skalierbare Bioprozessentwicklung zu ebnen – eine Voraussetzung angesichts des Klimawandels, globaler Gesundheitsanforderungen und des dringenden Bedarfs an neuen biotechnologischen Lösungen.

Kontakt: Juan Mariño, M.Sc.

Die Wasserhyazinthe, eine stark invasive Wasserpflanze, ist in Süßwassersystemen in über 50 Ländern weltweit verbreitet und bedroht weiterhin die marine Biodiversität und Ökosysteme. Dichte Matten von Wasserhyazinthen, die Wasseroberflächen bedecken, blockieren das Sonnenlicht und verhindern, dass es in aquatische Lebensräume eindringt. Gleichzeitig reduziert der aerobe Abbau der Pflanzen-Biomasse den Sauerstoffgehalt im Wasser, was sich negativ auf die Wasserqualität und -zirkulation auswirkt. Dies hat erheblichen Schaden an aquatischen Ökosystemen verursacht, zum Tod von Meerestieren geführt und einen drastischen Rückgang der Fischbestände bewirkt. Die wirtschaftlichen Folgen für Fischerei, Wassertransport, Wasserkraft, Bewässerung und die Trinkwasserversorgung sind schwerwiegend. Aufgrund ihrer hohen Verfügbarkeit, ihres schnellen Wachstums, der leichten Vermehrung und des niedrigen Ligningehalts bietet die Wasserhyazinthe großes Potenzial als Rohstoff für die Produktion von Bioethanol der zweiten Generation. Sie könnte als Modell für die Nutzung anderer invasiver Pflanzen als nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen dienen. Das Forschungsprojekt von Herrn Kariuki, das durch ein DAAD-Stipendium gefördert und von der TUM-BVT unterstützt wird, konzentriert sich auf die Entwicklung eines optimierten Bioprozesses zur Reduzierung von Prozesshemmungen, zur Steigerung der mikrobiellen Leistung und zur Erhöhung der Bioethanol-Ausbeuten aus Wasserhyazinthen. Dies wird durch einen modellbasierten Prozessdesignansatz erreicht, der auf maximale Ausbeuten abzielt und gleichzeitig das mechanistische Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse vertieft.

Kontakt: Eric Kariuki M. Sc.