Professur Industrielle Biokatalyse

Durch die weltweite Treibhausgasproblematik und die Verknappung geochemischer Ressourcen, wie z.B. Rohöl, sucht die chemische Industrie nachhaltige und CO2 einsparende Produktionslösungen. Eine zusätzliche Motivation ist die gesetzliche Einführung von produktions-gekoppelten CO2 Zertifikaten, welche sich in Zukunft signifikant in den Unternehmensbilanzen niederschlagen wird.

Die Arbeitsgruppe „Industrielle Biokatalyse“ erforscht und entwickelt nachhaltige Lösungen zur Darstellung von chemischen und pharmazeutischen Grund- und Feinchemikalien auf Basis biotechnologischer Prozesse. Ausgangsstoff für diese Prozesse sind biogene Reststoffströme der Agrar, Forstwirtschaft und Nahrungsmittelproduktion, wie Stroh, Holzschnitzel oder auch Krabbenschalen. Diese Reststoffströme konkurrieren nicht mit der Nahrungsmittelproduktion und haben keinen direkten Einfluss auf Landnutzung oder Wasserverbrauch. Biomassereststoffe bestehen aus einer komplexen chemischen Matrix wie z.B. Polymeren Zuckern (z.B. Zellulose, Hemizellulose), Proteinen und Polyphenolen (Lignin).

Um diese Inhaltsstoffe nutzbar zu machen bedarf es einer Zerlegung (Depolymerisation) in monomere chemische Bausteine und deren Modifikation in industriell relevante Wertstoffe. Basis für eine effiziente Biomasse Umsetzung in monomere chemische Bausteine und deren anschließende Transformation in Wertstoffe sind biokatalytische Verfahren. Im Gegensatz zu chemischen Katalyse ermöglichen Biokatalysatoren Reaktionen unter milden Reaktionsbedingungen und zeichnen sich meist durch eine sehr hohe Substrat Selektivität und Aktivität aus.

Während isolierte Enzyme eine spezifische Reaktion ermöglichen, können Ganzzellsysteme (z.B. E. coli, S. cerevisiae) durch genetische Manipulation genutzt werden um Enzymkaskaden im zellulären Metabolismus so zu lenken, dass industriell relevante Zielprodukte gebildet werden.

Um die Raum-Zeit Ausbeute eines industriell relevanten Produktes zu erhöhen, werden Prozesse meist bei hohen Temperaturen durchgeführt. Weiterhin können industriell genutzte Prozessmedien Inhibitoren, wie. z.B. organische Lösemittel oder eine hohe Salzfracht enthalten, welche die Reaktionsfähigkeit von nativen Biokatalysatoren einschränken. Um native Biokatalysatoren für ausgewählte Prozesse zu optimieren, werden heute genetische Optimierungsmethoden genutzt.