Verfahren für umweltfreundliche Chemikalienproduktion
Bundesforschungsministerium unterstützt Forschertandem aus Bielefeld und Düsseldorf mit 1,1 Millionen Euro
Für ihr gemeinsames Vorhaben zur Erforschung ressourcenschonender Produktionsverfahren von Industriechemikalien unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Bielefelder Chemiker Professor Dr. Harald Gröger und den Düsseldorfer Enzymtechnologen Professor Dr. Werner Hummel mit 1,1 Millionen Euro. Die Wissenschaftler möchten die beiden „Katalyse-Welten“ Chemo- und Biokatalyse kombinieren und dabei sowohl den Abfall als auch den Energiebedarf reduzieren. Das Forschungsprojekt wird im Rahmen der Förderinitiative „Nächste Generation biotechnologischer Verfahren - Biotechnologie 2020+" gefördert.
„Müll zu recyceln ist gut. Müll zu vermeiden ist besser“: Was für den Haushalt gilt, ist auch für die Chemie zutreffend. Ein Großteil des Abfalls, der bei Chemieproduktionen anfällt, ist darauf zurückzuführen, dass chemische Produkte oftmals aufgrund ihrer Komplexität in mehreren nacheinander ablaufenden einzelnen Reaktionen hergestellt werden und nach jeder dieser Stufen eine Aufarbeitung erfolgt. Bei diesen Aufarbeitungsschritten werden große Mengen Lösungsmittel eingesetzt und es entstehen Abfallprodukte. Genau hier setzt das Forschertandem-Projekt mit der Erforschung sogenannter Eintopfverfahren als Lösungsansatz an. Bei diesen Verfahren werden die einzelnen chemischen Reaktionen miteinander kompatibel gemacht und so kombiniert, dass keine Aufarbeitungs- und Reinigungsschritte dazwischen mehr nötig sind. Die dadurch möglichen Eintopfverfahren sind für industrielle Anwendungen attraktiv, weil sie Synthesen effizienter und nachhaltiger machen und Abfälle reduziert werden.
Das Forschertandem mit dem Chemiker Gröger und dem Biotechnologen Hummel geht aber noch einen Schritt weiter und will biotechnologische mit „klassisch-chemischen“ Verfahren kombinieren – also zwei „Welten“ verknüpfen, die bislang meist getrennt betrachtet wurden. In diesem Fall sprechen die Forscher von chemoenzymatischen Mehrstufen-Eintopfverfahren. Als ein Schlüssel für das Funktionieren solcher Verfahren gilt die Kompatibilität der Einzelschritte miteinander. „Lassen sich chemoenzymatische Mehrstufen-Eintopfverfahren zukünftig im größeren Maßstab effizient und umfangreich anwenden, könnten heutige Grenzen biotechnologischer Verfahren überwunden werden“, erläutert Professor Gröger. „Dies wäre ein wichtiger Fortschritt, mit der die industrielle Biotechnologie in der Chemieindustrie in noch größerem Umfang eingesetzt werden könnte.“
Die Forschungsarbeiten von Professor Gröger und Professor Hummel werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über fünf Jahre mit 1,1 Millionen Euro unterstützt. Als ein ausgewähltes Beispiel strebt das Forscher-Duo hierbei einen neuartigen Zugang zu Schmierstoffen an. Diese Spezialchemikalien kommen bereits vielseitig in der Industrie zum Einsatz, deren Herstellung allerdings ist äußerst energieintensiv mit Reaktionstemperaturen im Bereich von 180 und 300 Grad Celsius. Dadurch treten auch ungewünschte Nebenreaktionen auf. Ziel der beiden Forscher ist die Entwicklung eines alternativen sechsstufigen Eintopfverfahrens unter Kombination aus Chemo- und Biokatalyse, mit dem diese Produkte dann bei Raumtemperatur und somit deutlich nachhaltiger und selektiver produziert werden können.
Professor Gröger und Professor Hummel arbeiten schon seit vielen Jahren zusammen, haben über 20 gemeinsame Publikationen veröffentlicht und waren an der Entwicklung industrieller Bioprozesse beteiligt. Hummel bringt seine Expertise in der Entwicklung und Herstellung rekombinanter Enzyme ein, während Gröger, der seit 2011 an der Fakultät für Chemie der Universität Bielefeld forscht und lehrt, auf die Prozessentwicklung enzymatischer Syntheseverfahren und die Entwicklung chemoenzymatischer Synthesen zur Herstellung von insbesondere Spezialchemikalien und Arzneistoff-Zwischenstufen spezialisiert ist.
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