Chemische und biotechnologische Prozesse

In diesem Bereich werden Fragestellungen zur Entwicklung von chemischen und biotechnologischen Prozessen und deren Kombination zur Erarbeitung vollständiger skalierbarer Verfahren bearbeitet. Dabei nutzt der Bereich vor allem Biomasse und CO₂ als Rohstoffbasis, um die Transformation zu nachhaltigen und möglichst resilienten Wertschöpfungsketten für die Produktion von Chemikalien und Materialien zu ermöglichen. Beispiele für solche Prozessentwicklungen reichen von der fermentativen Produktion von Biotensiden, über die chemische Modifizierung von Fettreststoffen zur Herstellung nachhaltiger Lösemittel bis hin zur CO₂-basierten Synthese von Kraftstoffen und Basischemikalien.

Stoffliche Nutzung von biogenen Roh- und Reststoffen, CO₂ und Wasser

Das Fraunhofer IGB beschäftigt sich mit der Entwicklung von innovativen Verfahren und Prozessen zur stofflichen Nutzung regenerativer Ressourcen für die Herstellung von regenerativ hergestellten Chemikalien. Dies schließt die Nutzung biogener Roh- und Reststoffe (Lignocellulosen, Kohlenhydrate, Ölsaaten, Proteinfraktionen) sowie von natürlich vorkommenden Molekülen wie CO₂ und Wasser ein. Auch Biogas und Synthesegas spielen eine zunehmende Rolle. Ein Hauptaugenmerk liegt auf der Intensivierung der Nutzung von Rest- und Abfallströmen. 

Fokus auf Skalierung und Forschungsbetrieb kundeneigener Anlagen

Ein besonderer Fokus liegt dabei immer auf der prinzipiellen Skalierbarkeit der Prozesse, welche durch die Zusammenarbeit der Standorte Stuttgart und Leuna durchgängig im Labor-, Benchtop- und Pilotmaßstab angeboten werden können. Zusätzlich besteht Expertise im Aufbau, der Integration und dem Forschungsbetrieb kundeneigener Anlagen. Dieses Konzept ist besonders attraktiv für Demonstrationsprojekte von bspw. Start-ups zur Verringerung der Investitionskosten und des Risikos im Ramp-up.

Wertschöpfungskette vom Rohstoff zum Produkt

Mit dem vorhandenen Know-how kann ein weiter Bereich der Prozessschritte zur Entwicklung von Verfahren vom Labor (TRL 3–4)- bis in den Technikumsmaßstab (TRL 6) abgebildet werden. Dies vereint Verfahren zur Abbildung kompletter Wertschöpfungsketten von der Biomassefraktionierung, das heißt Rohstoffbereitstellung und -konditionierung zur Isolierung der Stoffströme, der chemischen und/oder biotechnologischen Umwandlung bis hin zu implementierten Prozessen zur effektiven Produktabtrennung und -aufreinigung. So können wir Kunden und Partnern Mustermengen vom Kilogramm- bis in den Tonnenmaßstab bereitstellen.

Forschungs- und Technologieinfrastruktur bis zum Pilot- und Demonstrationsmaßstab

Durch die besondere Forschungs- und Technologieinfrastruktur des Bereichs mit Fermentationskapazitäten bis 10 m³, integrierten Bioraffinerien zur Verarbeitung von Lignocellulosen, Ölsaaten und Insekten sowie einer Bandbreite verschiedener chemischer Reaktoren und Aufarbeitungstechnik in industrienaher Umgebung ist der Bereich besonders aktiv in der Forschung rund um eine schnellere und risikoärmere Skalierbarkeit von chemischen und biotechnologischen Prozessen. Dazu gehört insbesondere auch die kontinuierliche Ausrichtung von entsprechenden Infrastrukturen anhand industrieller Bedarfe und politischer Rahmenbedingungen (bspw. der Hightech-Agenda Deutschland).

Ein entsprechendes Instrument, welches unter wesentlicher Beteiligung des Bereichs vorangetrieben wird, ist IBISBA. Dabei handelt es sich um eine paneuropäische Initiative zur strategischen Vernetzung von Forschungsinfrastrukturen im Bereich der industriellen Biotechnologie, welche eine Formalisierung in Form eines European Research Infrastructure Consortium (ERIC) anstrebt. Fragestellungen zu bspw. Interoperabilität und der verbesserte Zugang zu Pilotanlagen sollen durch den Bereich in diesem Rahmen verstärkt bearbeitet werden.

Neben der Skalierung externer Prozesse entwickelt der Bereich auch eigene Verfahren in den strategischen Themenfeldern. Dazu gehören bspw.

• Bioprozessentwicklung zur fermentativen Herstellung von Biotensiden und Biopolymeren,
• Bioraffineriekonzepte zur vollwertigen Nutzung aller Stoffströme aus (Alt-)Holz, Raps, aber auch Insekten
• Nachhaltige chemische Verfahren zur Unterstützung der Transformation der Rohstoffbasis der chemischen Industrie hin zu nachhaltigen Alternativen wie Biomasse (insbes. Lignin und Hemicellulose) und CO₂. Dabei spielt die Integration von Aufarbeitungstechnologien bis hin zum finalen Produkt eine besondere Rolle.

Zur Verfolgung der dargestellten Aktivitäten kooperiert der Bereich eng mit den Bereichen Innovative Syntheseverfahren sowie Smart Engineering und Scale-up.