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Fumarsäure für Polymere

Projekt

Fumarsäure für Polymere (c) Thünen-Institut
Fumarsäure für Polymere (© Thünen-Institut)

Herstellung von Fumarsäure zur Polymeranwendung

Fumarsäure ist ein interessanter Baustein für biobasierte Polymere. Mit anderen europäischen Partnern forschen wir an ihrer effizienten biotechnischen Herstellung aus agrarischen Roh- und Reststoffen.

Hintergrund und Zielsetzung

Fumarsäure ist eine ungesättigte Dicarbonsäure, die zurzeit ausschließlich petrochemisch aus fossilen Rohstoffen hergestellt wird. Sie wird in verschiedenen Industriebereichen (50 % Polymerindustrie, 33 % Lebensmittelindustrie, 17 % Futtermittel und pharmazeutische Industrie) verwendet.

Der Ersatz petrochemisch hergestellter Fumarsäure durch biobasierte Fumarsäure, die fermentativ durch die Kultivierung von Pilzen (insbesondere Rhizopus spp.) aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden kann, ist in allen industriellen Anwendungen von großem Interesse. Auf diese Weise kann die aktuelle Klimabilanz der Produkte verbessert, die Verbraucherakzeptanz erhöht und ein Beitrag zum Übergang zu einer bio-basierten Wirtschaft geleistet werden.

Die biotechnologische Produktion von Fumarsäure ist jedoch immer noch ineffektiv im Vergleich zu industriellen Fermentationsprozessen anderer organischer Säuren, wie Zitronen-, Milch-, Bernstein- oder Itaconsäure. Daher wollen wir in diesem ERA-IB-Verbundprojekt mit unseren deutschen, spanischen und türkischen Partnern einen effizienten und wirtschaftlichen Biokonversionsprozess für Fumarsäure aus nachwachsenden Rohstoffen entwickeln.

Vorgehensweise

Als primäre Substrate für die Produktion von Fumarsäure verwenden das Thünen-Institut die agrarischen Reststoffe Apfeltrester (der feste Rückstand, der bei der Herstellung von Apfelsaft anfällt) und die spanischen Partnern Orangenschalen. Zum Vergleich wird auch reine Glucose verwendet. Um die Reststoffe nutzen zu können, müssen diese zunächst aufgeschlossen und hydrolysiert, d.h. verzuckert, werden. Dafür entwickelt unser Projektpartner ASA Spezialenzyme GmbH neue Enzyme, die für die Verzuckerung dieser speziellen Reststoffe besonders geeignet sind.

Zur eigentlichen Herstellung von Fumarsäure können zwei verschiedene Fermentationsvarianten verwendet werden: die separate Hydrolyse und Fermentation und die simultane Verzuckerung und Fermentation. Beide Varianten werden mit Mikroorganismen getestet und verglichen, die zuvor eine hohe Toleranz gegenüber dem Substrat und geringe Produkthemmung aufwiesen. Für die vielversprechendste Variante soll die Produktionsleistung hinsichtlich Ausbeute und Produktivität durch intelligente und innovative Prozesssteuerung weiter gesteigert werden.

Weiterhin erforschen wir neue effiziente Wege für die Aufreinigung der Fumarsäure aus der Fermentationsbrühe und untersuchen ihre Eignung für Polymersynthesen. Unser türkischer Partner Ekodenge analysiert die im Projekt untersuchten Wertschöpfungsketten mittels Life Cycle Assessment (LCA) auf ihre Nachhaltigkeit.

Vorläufige Ergebnisse

Ziel des Verbundprojektes ist, einen effizienten und wirtschaftlichen Biokonversionsprozess für Fumarsäure aus nachwachsenden Rohstoffen zu entwickeln. Gelingt dies, kann nicht nur die derzeit petrochemisch hergestellte Fumarsäure durch biobasierte Fumarsäure ersetzt werden, sondern gegebenenfalls die Verwendung von Fumarsäure in Kunststoffen gegenüber dem ebenfalls petrochemischen Konkurrenzprodukt Maleinsäure gesteigert werden.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner

  • ASA-Spezialenzyme GmbH
    (Wolfenbüttel, Deutschland)
  • Universidad Complutense de Madrid (UCM)
    (Madrid, Spanien)
  • Biopolis SA
    (Valencia, Spanien)
  • Ekodenge AS
    (Ankara, Türkei)
  • UBE Corporation Europe S.A.
    (Castellón, Spanien)

Geldgeber

  • Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

4.2016 - 3.2019

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektfördernummer: 22029515
Förderprogramm: FNR
Projektstatus: läuft

Geldgeber:

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