Kernkompetenz der Abteilung ist die Entwicklung robuster bioverfahrenstechnischer Prozesse zur Herstellung von Basischemikalien, die entweder energetisch, im Sinne gewünschter Nutzenergieformen (Methan, Ethanol, Methanol), oder stofflich genutzt werden können. Unter robusten Verfahren soll hier verstanden werden, dass sie kontaminationsresistent, kontinuierlich und aseptisch (nicht steril) betrieben werden können. Die Prozessierung erfolgt immer auf Basis der mikrobiologischen Grundlagen, wie beispielsweise der Wachstums- und Abbaukinetik der jeweiligen Organismen, und reicht von der Planung, Inbetriebnahme und Optimierung von Labor- und Technikumsanlagen bis hin zu Planung, Bau, Inbetriebnahme und Optimierung innovativer Demonstrationsanlagen mit unseren Industriepartnern. Die intelligente Verknüpfung von Unit-Operations der mechanischen und chemischen Verfahrenstechnik (inklusive der Aufarbeitungstechnik) mit Bioprozessen unter Verwendung von Modellierungs- und Simulationsmethoden führt hier ebenso zu Alleinstellungsmerkmalen wie der Umgang mit Mikroorganismen auf Oberflächen für die gezielte Ansiedlung oder Abreicherung.

• Methoden des klassischen und des »kontinuierlichen« Hochdurchsatzscreenings nach autochthonen Produktionsstämmen, die für robuste Prozesse geeignet sind oder neue Produktlinien eröffnen
• Batch-, Fed-Batch- und kontinuierliche Bioproduktionsverfahren, auch mit partieller oder vollständiger Zellrückhaltung
• Psychrophile, mesophile und thermophile Bioprozesse
• Kultivierung von Mikroalgen in Flat-Panel-Airlift-Photobioreaktoren
• Mikrobiologische Charakterisierung von Oberflächen mit Standardverfahren und anwendungsbezogenen Verfahren einschließlich Testentwicklung
• Entwicklung von Echtzeit-Verfahren zur Überwachung von Wassersystemen hinsichtlich Verunreinigungen
• Modellierung von Prozessen und Simulation von Prozesslinien
• Scale-up-Prozesse und Scale-down instabiler Prozesszustände technischer Anlagen zu deren Stabilisierung
• Aufarbeitung mit Membranverfahren, Flüssig-Flüssig-Extraktion und Extraktion mit überkritischen Medien
• Ganzheitliche Modelle für das Energie-, Abfall- und Wassermanagement

Die Nutzung anaerober Biokatalysatoren für Produktionsprozesse von Basischemikalien oder Energieträgern birgt den Vorteil, dass das Verhältnis von Biomasseausbeute und Produktausbeute bei ca. 90 Prozent auf Seite des Produktes liegt. Den damit verbundenen Nachteil geringerer Wachstumsraten gegenüber Aerobiern kann man prozesstechnisch ausgleichen. Auch die Nutzung schnell wachsender photoautotropher Zellen (Mikroalgen) führt zu vergleichbar höheren Produktivitäten als bei Landpflanzen. Gleichzeitig ist der Wasserbedarf geringer und die Algenproduktion kann auch wassergestützt betrieben werden.

Die Abteilung ist damit in der Lage, den gesellschaftlichen Herausforderungen wie Treibhauseffekt, Energiebereitstellung und Wasserknappheit mit nachhaltigen Technikoptionen zu begegnen und so der Industrie, den Kommunen und der Politik zu helfen, die Zukunft zu gestalten. Mit unseren Kompetenzen bedienen wir gemeinsam mit anderen Abteilungen des Fraunhofer IGB die Geschäftsfelder Chemie, Umwelt und Energie.

• Neue Methoden der Abwasserreinigung
• Bioverfahrenstechnische Reinigungsprozesse für industrielle Abwässer
• Entwicklung von Verwertungskonzepten für anorganische und organische Reststoffe
• Entwicklung von regionalen Systemkonzepten für das Bioenergie-Management
• Verfahren zur Vergärung unterschiedlicher organischer Substrate zu Biogas
• Entwicklung photoautotropher Prozesse für Mikroalgen und Cyanobakterien in Flachplatten-Airliftreaktoren
• Biotransformation von nachwachsenden Rohstoffen und industriellen Reststoffen in Basischemikalien
• Entwicklung von Verfahren für die Isolierung, Trennung und Aufreinigung biotechnisch hergestellter Produkte
• Bewertung mikrobieller Belastungen auf Oberflächen und in prozessberührten Medien

• Bioreaktoren unterschiedlicher Art und Größe (Labor-, Pilot- und technischer Maßstab)
• Mobile Membranbioreaktoren für die Abwasserreinigung
• Technikum für Umwelt- und Bioverfahrenstechnik
• Testanlagen für verschiedene Membranverfahren, z. B. Rotationsscheibenfilter
• Mobile Pilotanlagen im m³-Maßstab zur Generierung von Auslegungsdaten vor Ort für die Planung und den Bau innovativer Demonstrationsanlagen
• Ausstattung und behördliche Zulassungen für den Umgang mit pathogenen Organismen