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Countdown 36: Bioprozesstechnik stellt sich vor

Die Biologie wird ein immer wichtigerer Bestandteil der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Dafür gibt es verschiedene Gründe. Ein Anliegen ist zum Beispiel die Vergrößerung der Rohstoffbasis, um neben Erdöl auch nachwachsende Rohstoffe zur Produktion einsetzen zu können. Außerdem können biotechnologische Prozesse gegenüber chemischen Prozessen Vorteile in der Umweltbilanz mit sich bringen, da biologische Katalysatoren wie Enzyme oder Mikroorganismen in der Regel bei weniger drastischen Bedingungen arbeiten als ihre chemischen Pendants.

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Der industrielle Einsatz stellt aber auch hohe Anforderungen an die biologischen Katalysatoren in Bezug auf Stabilität und Produktivität. Wie lange hält zum Beispiel eine Hefezelle im Produktionsfermenter durch, bevor sie ihre Aktivität verliert, und wie produktiv ist sie in dieser Zeit? Um wirtschaftlich zu sein, sollte sie natürlich so viel und so lange wie möglich produzieren. Gerade hier gab es in der Vergangenheit viele Vorurteile: Biologische Katalysatoren seien zu empfindlich gegenüber den nötigen Prozessbedingungen wie unphysiologischen pH-Werten, extremen Temperaturen oder organischen Lösungsmitteln. In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Biotechnologie aber stetig von einer Nischentechnik für spezielle Pharmaprodukte oder Feinchemikalien hin zur industriellen Biotechnologie weiterentwickelt. Mit der „weißen Biotechnologie“ werden inzwischen viele Produkte in großtechnischen Anlagen produziert. So werden mehrere Millionen Tonnen Aminosäuren und Zitronensäure pro Jahr biotechnologisch hergestellt. Aus den modernen Waschmitteln sind Enzyme als Hilfsstoffe nicht mehr wegzudenken. Und auch Grundbausteine der chemischen Industrie wie Acrylamid entstehen im Umfang von ca. 200.000 Tonnen jährlich durch einen biotechnologischen Schritt.

Die Bioprozesstechnik will neue biotechnologische Prozesse für Wert- und Wirkstoffe entwickeln. Dazu arbeitet das Biozentrum der Fakultät eng mit der Technischen Biologie und Biochemie zusammen, um neue, natürliche Katalysatoren im Bioreaktor einsetzen zu können. Dabei stehen vor allem Produkte und Reaktionen im Fokus, bei deren Herstellungsverfahren die Biotechnologie zwar prinzipiell Vorteile gegenüber der chemischen Produktion hat, die aber den Durchbruch in die Praxis noch nicht geschafft haben. Auch werden Methoden für ein schnelleres Screening biologischer Katalysatoren entwickelt, damit in Zukunft noch mehr nachhaltige und produktive biotechnologische Verfahren genutzt werden können.

Prof. Dr. Stephan Lütz ist Leiter des Lehrstuhls Bioprozesstechnik. Er studierte Chemie in Bonn und promovierte in der Biotechnologie am Forschungszentrum Jülich. Die Biokatalyse beschäftige ihn sowohl aus akademischer Sicht, als auch in der industriellen Anwendung als Leiter der Biokatalyse-Gruppe in einem Unternehmen der pharmazeutischen Industrie. Nach seinem Wechsel an die TU Dortmund arbeitet er mit seinem Team daran, noch mehr biologische Systeme für produktive Synthesen und Prozesse verfügbar zu machen.