Industrielle Biotechnologie

Sachsen-Anhalt ist Entwicklungszentrum für die industrielle Biotechnologie in den Bereichen:
 


Basischemie

Hier, an einem der weltweit attraktivsten Standorte für die Chemische Industrie, werden jährlich rund sieben Mrd. Euro Umsatz erwirtschaftet. Wir sind das ostdeutsche Bundesland mit der größten Dichte an Mitarbeitern der Chemieindustrie, die wiederum eine einzigartige Umsatzproduktivität vorweisen. Die Forschung beschleunigt die Wachstumsprozesse zusätzlich: So arbeiten Wissenschaftler am Fraunhofer-Zentrum in Leuna daran, Erdöl und Erdgas als Rohstoff der Chemie durch Biomasse zu ersetzen.

EW Biotech - Scale-up und Lohnfertigung


EW Biotech GmbH betreibt als Tochtergesellschaft der EW Nutrition GmbH eine Mehrzweck-Biotech-Anlage in Leuna, Deutschland. Neben Scale-up und Lohnfertigung ermöglicht die Einrichtung erweiterte Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auf dem Gebiet bio-basierter Chemikalien sowie Futter- und Lebens­mittel­zu­satz­stoffe. EW Biotech und ihre im Bereich Biotechnologie und Fermentation erfahrenen Mitarbeiter schaffen damit die Voraussetzungen, Kunden und Partnern den Sprung vom Labor in den industriellen Maßstab zu ermöglichen.
 

Isobuten

Die Global Bioenergies GmbH ist eine Tochterfirma des französischen Startups Global Bioenergies S.A. Das Unternehmen hat einen Prozess entwickelt, der eine direkte Produktion von Isobuten durch fermentative Verstoffwechslung aus Zuckerrohstoffen ermöglicht.

„Wir sind zwar ein kleines Unternehmen, aber wir wollen Katalysator sein zwischen der Biotechnologie und der chemischen Industrie“, sagt Ales Bulc, Geschäftsführer von Global Bioenergies. „Wir beschreiten mit diesem innovativen Fermentationsverfahren neue Wege und wollen den Prozess weiter zur Marktreife entwickeln.“

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Das flüchtige Gas Isobuten wird bislang überwiegend aus fossilen Quellen wie Erdöl gewonnen. Als wichtiges Derivatmolekül stellt es einen Grundbaustein der Petrochemischen Industrie dar, aus dem viele weitere wirtschaftlich bedeutsame Produkte wie Kunststoffe, organisches Glas, Elastomere und Treibstoffe hergestellt werden. Global Bioenergies hingegen verwendet einen nachwachsenden Rohstoff, um eine Alternative zu den derzeitigen Verfahren, die auf fossilen Rohstoffen basieren, zu bieten. Für dieses patentierte Verfahren zur fermentativen Herstellung von Isobuten wurden im Labor Mikroorganismen so modifiziert, dass diese in der Lage sind, Zuckerquellen erster (Rübenzucker, Weizenglukose) und zweiter Generation (Weizen- oder Maisstroh, Holzspäne und andere forstwirtschaftlichen Abfälle) zu verstoffwechseln und auf direktem Weg gasförmiges Isobuten herstellen.

Innovatives Verfahren zur fermentativen Herstellung von Isobuten

Das von Global Bioenergies entwickelte Fermentationsverfahren wurde nach Tests im Labor- und Pilotmaßstab weiter verbessert und in die Demonstrationsanlage beim Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse (CBP) überführt. Ziel dieser Demonstrationsanlage ist es, einen robusten, reproduzierbaren und wirtschaftlichen Betrieb des Prozesses aufzuzeigen.

Die Wahl des Standortes zum Bau dieser Anlage fiel aufgrund der sehr gut ausgebauten und bereits bestehenden Infrastruktur sowie des vorhandenen technischen Know-Hows durch qualifiziertes und hoch spezialisiertes Personal auf den Industriepark Leuna im Mitteldeutschen Chemiedreieck.

Mit der erfolgten Fertigstellung und Inbetriebnahme befindet sich die Anlage im stabilen Prozessbetrieb unter Nutzung von Rohstoffen der ersten Generation. Derzeit wird die Anlage auf die Nutzung von Rohstoffen der zweiten Generation adaptiert.

Der finale Schritt hin zu kürzeren und effizienteren Kohlenstoffkreisläufen mit einer hohen Nachhaltigkeit besteht jedoch in der Nutzung von Rohstoffen der dritten Generation wie beispielsweise CO₂-Emissionen aus Industrieabgasen (CO₂, CO, Syngas). Als ein Unternehmen, das sich schon früh mit Prozessen unter Nutzung von Rohstoffen der dritten Generation beschäftigte, hat Global Bioenergies 2017 ein kleines niederländisches Unternehmen übernommen und treibt somit die Technologieentwicklung weiter voran, um in Zukunft auch CO₂-Abfälle recyceln zu können.

Partner und Kooperationen in allen Industriezweigen

Zu diesem Zweck arbeitete Global Bioenergies mit industriellen Partnern zusammen. Im Bereich der Rohstofflieferung beispielsweise besteht mit einem von Frankreichs größten Zuckerproduzenten eine Kooperation. Aktuell laufen auch Gespräche mit der deutschen Zuckerindustrie am Standort Sachsen-Anhalt.

Im Bereich der Kraftstoffindustrie arbeitet Global Bioenergies beispielsweise mit Audi zusammen, die schon erfolgreich in ihren Fahrzeugen ein neuartiges Kraftstoffgemisch getestet haben. Isobuten wurde zu diesem Zweck zu Isooktan und weiteren Komponenten verarbeitet, die schwefel- und benzolfrei und deshalb besonders schadstoffarm verbrennen. Diese Komponenten können dem herkömmlichen Kraftstoff bis zu einem Anteil von 30 % beigemischt werden und erzielen damit eine Reduktion des fossilen CO₂-Ausstoßes um bis zu 70 %, eine verbesserte Performance sowie geringere Partikelemissionen. Und das alles ohne eine Anpassung am bestehenden Motor vornehmen zu müssen!

Isobuten kann darüber hinaus in anderen Wirtschafts- und Industriezweigen den Einsatz von Erdöl verringern: als Flugzeugtreibstoff, in Plastik, Gummi, Farbstoffen, Schmiermitteln.   Im Kosmetikbereich wird in Kooperation mit dem Spezialchemieunternehmen Clariant  das bio-basierte Polymer bereits in Cremes und Lotionen eingesetzt.

Umweltfreundliche Kraftstoffe und Kerosine

Aktuelles Hauptthema ist der Bereich der erneuerbaren Kraftstoffe. Auch hier können das entwickelte Isobutenverfahren und daraus resultierende Folgeprodukte einen Beitrag zu umweltfreundlichen Kraftstoffen leisten.

Durch die europäische Richtlinie für erneuerbare Energie (RED) werden die EU-Mitgliedsstaaten verpflichtet, bis 2020 die Verwendung von 10 Prozent erneuerbarem Kraftstoff zu erreichen. Ein Teil hiervon muss aus Biomasse der zweiten Generation stammen. Global Bioenergies macht es heute schon möglich, diesen Teil zu ersetzen und somit die Kohlendioxid-Emissionen zu verringern. Damit ist Global Bioenergies eines der wenigen Unternehmen weltweit und das einzige in Europa, das fermentative Verfahren zur Umwandlung von erneuerbaren Rohstoffen in Kohlenwasserstoffe entwickelt und nutzt.

Dabei stehen namhafte Unternehmen wie Audi, Repsol, SkyNRG, Butagaz, L`Oreal, Clariant und Arkema dem noch jungen Unternehmen aus Leuna zur Seite. Mit dem Fraunhofer CBP, ebenfalls am Standort Leuna, besteht eine gute Kooperation. Man betreibt gemeinsam die bestehende Demonstrationsanlage, in der die ersten Kraftstoffkomponenten produziert werden. Die erste umfangreiche Produktionsanlage wird gerade vorbereitet, um in Zukunft noch mehr erdölbasierte Produkte ersetzen zu können.

Bildergalerie Global Bioenergies


Biopharma

Spezialisten der roten Biotechnologie gibt es in Sachsen-Anhalt viele sowie wertvolle Wirkstoffe der Biotechnologie: Wer hätte gedacht, dass Tabakpflanzen eines Tages helfen könnten, lebensbedrohliche Krankheiten zu heilen?
 

Rohstoff Chitosan

Der Hidden Champion Heppe Medical Chitosan auf dem weinberg campus in Halle (Saale) produziert hochreines Chitosan als Rohstoff für die Pharmaindustrie weltweit.

Biologisch abbaubare Biopolymere als Alternative zu erdölbasierten Materialien sind in aller Munde und finden sich bereits in verschiedensten Produkten wie Verpackungen und Folien. Eine in der Öffentlichkeit noch relativ unbekannte Alternative ist das Biopolymer Chitosan, das unzählige Anwendungsgebiete bietet. Im medizinischen Bereich beispielsweise verbessert es als Bestandteil von Wundauflagen die Wundheilung und löst sich als Nahtmaterial auf natürlichem Wege zum gewünschten Zeitpunkt einfach auf.

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Chitosan – Rohstoff für innovative Medizinprodukte

Im Technologiepark weinberg campus in Halle (Saale) hat der Weltmarktführer für hochqualitatives Chitosan seinen Sitz. Die Firma Heppe Medical Chitosan stellt Chitin, Chitosan und Chitosan Derivate für Kunden in der Pharmaindustrie her und betreibt  Forschung rund um Chitosan und seine vielfältigen Anwendungsbereiche.

Herstellung von Chitin und Verarbeitung zu Chitosan

Chitin ist ein pflanzliches Polysaccharid, das beisspielsweise aus dem Exoskelett von Krabbenschalen gewonnen werden kann, welche jährlich in großen Mengen als Abfallprodukt der Krabbenfischerei anfallen. Die Schalen werden gereinigt, um alle Fremdstoffe zu entfernen. Durch Deacetylierung des Chitins wird Chitosan gewonnen, woraus durch weitere Umsetzung die verschiedensten Chitosan Derivate hergestellt werden können.

Firmengründerin Katja Richter forschte bereits in ihrem Studium über Chitosan als Drug-Delivery-System zur Überwindung der Blut-Hirn-Schranke. Um Medikamente gezielt und in ausreichender Konzentration an ihren Wirkungsort im Körper zu bringen, kann das Biopolymer Chitosan als Transportvehikel genutzt werden. Während ihrer Forschung bemerkte Richter die mangelnde Qualität und fehlende Reproduzierbarkeit der am Markt verfügbaren Chitosan Produkte. Darum gründete sie vor mehr als 13 Jahren die Heppe Medical Chitosan GmbH im Technologiepark Weinberg Campus nahe bei der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Eine gute Förderung durch den Gründerservice „Univations“, die Möglichkeiten für Kooperationen und die Vorteile der bestehenden, kompakten Strukturen des Standorts waren für ihre Standortwahl ausschlaggebend.

Weltweiter Markt für das Universalprodukt

Das Hauptgeschäft von Heppe Medical Chitosan ist die weltweite Lieferung des Rohstoffs Chitosan sowohl an kleine und mittelständische Unternehmen, als auch an global agierende Konzerne: Die meisten Kunden sitzen in Amerika, China, Korea und Japan. Ein Spezialgebiet ist die Herstellung von Chitosan Derivaten. Im Auftrag von Firmen entwickelt das Team von HMC Chitosane mit den gewünschten, speziellen Eigenschaften. In den eigenen Laboren ist es möglich unter Reinraumbedingungen nach GMP („Good Manufactoring Practice“) Richtlinien zu produzieren. Geforscht wird unter anderem an Fasermaterialien und Chitosan Beschichtungen, welche im medizinischen Bereich Anwendung finden können. „In dem was wir tun und in dieser Breite sind wir einzigartig auf dem Weltmarkt. Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht sehr spezielle Chitosane herstellen zu können, das heißt bei uns kann man über einhundert verschiedene Chitosane kaufen. Die Konkurrenz hat so drei bis vier. Das macht uns wirklich einzigartig.“, sagt Firmengründerin Katja Richter.

Da Chitosan so universell eingesetzt werden kann, ist es für fast jeden Industriezweig interessant. Ob im Haarspray, der Sonnencreme oder Zahnpasta – Chitosan steckt in vielen Kosmetikprodukten. Im medizinischen Bereich profitieren Verbands- und Nahtmaterialien sowie Implantatbeschichtungen von der bakteriostatischen und blutstillenden Wirkung von Chitosan. Geforscht wird außerdem zu chitosan-basierten „Baugerüsten“ in der Gewebezüchtung. Aber auch die Textilindustrie, die Landwirtschaft und die Abwassertechnik nutzen das Biopolymer. „Das ist unsere Motivation. In eine Apotheke zu gehen und zu wissen ‚Ja, bei dem Produkt haben wir unsere Finger mit im Spiel und jetzt kann man Menschen damit helfen. Chitosan verbindet – Menschen, Märkte und am Ende auch eine blutende Wunde“, erläutert Richter.

Bildergalerie Heppe Medical Chitosan


Biokunststoffe

In Zeiten des Klimawandels und steigender Rohölpreise gewinnen biobasierte Kunststoffe immer mehr an Bedeutung. Zudem ist die Nachfrage groß nach Werkstoffen mit neuen Eigenschaften. In der Biotechnologie steckt ein großes bisher ungenutztes Potential.