Forschungsprojekte

Verschiedene Industriezweige, wie etwa die Körperpflege- und Reinigungsmittelindustrie, sind auf sogenannte rheologische Modifizierer, wie z.B. Polyacrylate, angewiesen, um Fließeigenschaften von Produkten zu regulieren. 

Das übergeordnete Ziel dieses Forschungsprojektes ist, diese Polyacrylate, die bislang noch aus Mineralöl gewonnen und daher nur schwer biologisch abbaubar sind, durch natürliche Biopolymere, wie Polysaccharide, zu ersetzen. 

Daher befasst sich dieses Forschungsprojekt mit der fermentativen Herstellung dieser Exopolysaccharide mit Hilfe eines bakteriellen Mikroorganismus. Im Weiteren soll dieses Verfahren in größere Maßstäbe hochskaliert und ein Verfahren zur Produktaufreinigung entwickelt werden, dass das bisherige kosten- und energieintensive Verfahren ersetzen soll.

Kontakt: Melissa Grundwürmer M. Sc.

The “EnTE” project aims to develop a sustainable enzymatic process. This process is intended to enable the efficient use of industrial byproducts and their conversion into bio-based high-performance lubricants. The project is supported by a funding program of the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) and is being carried out as a collaborative effort with partners from research and industry. The Chair of Bioprocess Engineering at TUM Campus Straubing (TUMCS BVT) is taking on key roles in the modeling, analysis, optimization, and scaling of the biotechnological process. Using simulation-based models, we are helping to improve our understanding of the processes and scale them up to larger scales. In close collaboration with the project partners, we combine experimental results with theoretical approaches, thereby supporting the further development of the overall process toward industrial application.

MEC-2G BIO ist ein Forschungsprojekt, das sich auf die Entwicklung skalierbarer Multi-Enzym-Cocktails für die effiziente Herstellung biobasierter Produkte konzentriert. Das Projekt verbindet statistische Prozessoptimierung mit industrieller Biotechnologie, um die Enzymleistung, -stabilität und Produktionseffizienz zu verbessern. Im Rahmen des Projekts ist das TUM BVT für die Entwicklung, Skalierung und Optimierung von Fermentations- und nachgelagerten Verarbeitungstechnologien vom Labor- bis zum Pilotmaßstab verantwortlich, einschließlich der Produktion im Pilotmaßstab im TUM Bio Scale-Up Center.

Wegweisende Lösungen für eine effizientere Abwasserreinigung

Das Projekt NEON ist eine vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz geförderte Forschungsinitiative, die sich auf die weitere Steigerung der Effizienz in der Abwasserreinigung konzentriert. Am TUM Campus Straubing untersuchen wir in Partnerschaft mit der Straubinger Entwässerung und Reinigung (SER) innovative Methoden, um bestehende städtische Wasserwirtschaftsanlagen in nachhaltigere und kosteneffizientere Systeme umzuwandeln.

Durch den Einsatz unserer Expertise in der Verfahrenstechnik streben wir an, den Stickstoffgehalt im Wasser weiter zu senken, um negative Umweltauswirkungen zu minimieren. Hierzu erforschen wir innovative physikalische und elektrochemische Verfahren, um unerwünschten Sauerstoffeintrag während des Denitrifikationsprozesses zu eliminieren. Letztlich wird das Projekt NEON die Grundlage für neue Ansätze schaffen, um die technische Herausforderung zu bewältigen, bestehende Anlagen an ehrgeizigere Umweltstandards anzupassen und gleichzeitig Kosten sowie den Energieverbrauch zu senken.

Kontakt: Dr. Mohammadjavad Bardi  

Fettsäuren haben vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und finden Verwendung in der Lebensmittelindustrie, chemischen Industrie, Kosmetikindustrie sowie in der Pharmaindustrie. Als Ausgangsstoff wird hierfür meist auf fossile Rohstoffe zurückgegriffen, da diese günstig und die Prozessketten gut etabliert sind. Aufgrund der schlechten Umweltbilanz und der Bedrohung durch den Klimawandel rücken jedoch zunehmend nachhaltige Lösungsansätze in den Fokus. 

Ein möglicher Ansatz ist die Extraktion von Ölen aus Pflanzen, da deren Anbau potenziell CO₂‑neutral und regional erfolgen kann. Problematisch ist jedoch der Einfluss solcher Monokulturen auf die Biodiversität sowie die Konkurrenz zwischen dem Anbau von Ölpflanzen und dem Anbau von Lebensmitteln um verfügbare Agrarflächen. 

Alternativ können daher Fettsäuren auch durch Mikroorganismen produziert werden. Diese Form der Ölproduktion benötigt nur minimale Landflächen und bietet das Potenzial, durch angepasste Prozessführung die Zusammensetzung der Fettsäuren gezielt zu steuern. Zudem können Hefen wie Cutaneotrichosporon oleaginosus Reststoff‑Hydrolysate auf Basis von Algenbiomasse oder Agrarreststoffen für Wachstum und Ölproduktion nutzen.

 In diesem Sinne zielt das Projekt BigBioOil‑KLX darauf ab, einen bestehenden Fermentationsprozess mit C. oleaginosus, der im kleinen und mittleren Maßstab bereits hohe Effizienzen gezeigt hat, in einen industriell relevanten Kubikmeter Maßstab zu überführen, wirtschaftlich zu analysieren und gleichzeitig die Rohstoffplattform zu diversifizieren.

Die Entwicklung von neuen Prozesswegen zur Herstellung von Isobutanol aus industriellen Abfallströmen, insbesondere unter Verwendung von Weizenstrohhydrolysat, ist einer der Aspekte des Projekts. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines nachhaltigeren Weges zur Isobutanolproduktion unter Verwendung verschiedener Stämme von Corynebacterium glutamicum. Darüber hinaus ist das Testen, Entwickeln und Etablieren von Methoden zur in-situ-Produktabtrennung ein weiterer Aspekt des Projekts. 

Kontakt: Jennifer Borger M. Sc.

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 Yarrowia lipolytica 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. 

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: Gelda Bogran 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.