Bioverfahrenstechnik - Forschung für die Praxis
Forschungsschwerpunkt meiner Arbeitsgruppe (Algengruppe ) ist die Verfahrensentwicklung in der Biotechnologie. Dabei werden insbesondere Methoden für die Nutzung von Mikroalgen als cell factories betrachtet. Die Aktivitäten der Arbeitsgruppe zielen dabei auf praxisnahe biotechnologischer Prozessentwicklungen und Produktionsverfahren.
Die Erschöpfung der fossilen Energiequellen führt zu einem starken Interesse nach erneuerbaren Kraftstoffen aus Biomasse. Die Produktion von Bioethanol aus Mais oder Biodiesel aus Palmöl wird dabei kritisch betrachtet, da die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen in unmittelbarer Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion steht. Mikroalgen lassen sch dagegen im Prinzip auch dort kultivieren, wo Kulturpflanzen nicht gedeihen können. Diese Organismen wurden daher schon seit den vierziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts als nachhaltige Quelle für die Gewinnung von Biomasse untersucht. Zwar wurden entsprechende Forschungen vor rund 20 Jahren als unökonomisch abgebrochen, doch scheint der dramatisch steigende Ölpreis eine erneute Beschäftigung mit Mikroalgen zu rechtfertigen [Schwarz, S., Ott, S. Böder, D., Werner, S., Kramer, T., Wilfert, F., Bleeke, F., Klöck, G. Voraussetzungen für die nachhaltige industrielle Produktion von Biotreibstoffen durch Mikroalgen. GIT Laborfachzeitschrift, 9, 762-764, 2008].
Bei einer genaueren Betrachtung des Potentials von Mikroalgen als Rohstoff für die Herstellung von Treibstoffen ergeben sich aber eine Reihe von technisch- wissenschaftlichen Problemen, die die es zu lösen gilt, eher eine Algentechnologie die Grundlage für eine großtechnische Gewinnung von Biotreibstoffen sein könnte [Klöck, G. Microalgae Biodiesel is not sustainable (yet). Invited opinion paper. Chemistry & Industry 4, 2010]:
1. Entwicklung robuster, industrieller Produktionsstämme.
Die Massenkultur von Mikroalgen erfolgt überwiegend mit Laborstämmen, die nicht für den "harten Arbeisteinsatz" in der Praxis optimiert sind. Wir entwicklen daher gezielt Stämme, die besonders temperaturstabil. lichtresistent und schnellwüchsig sind:
Bleeke, F. Microalgae as CO2 sink in the biogas process: Selection, cultivation and identification of suitable production strains. Master Thesis, Hochschule Bremen, 2010.
2. Verfahrensentwicklung, Performancetest von Neuentwicklungen.
Für die Kultivierung vonMikroalgen kennt man grundsätzlich offene Systheme (open ponds) und geschlossenen Photobioreaktoren. Während die open ponds mittlerweile gut standardisiert sind, gibt es bei den Photobioreaktoren zwar eine Vielzahl von parallelen Entwicklungen und designs, die aber selten mit dem gleichen Zellsystem unter vergleichbaren Bedingungen gegeeinander getestet wurden. Das macht die Vergleichbarkeit und rationale Optimierung der Systeme derzeit fast unmöglich. Wir versuchen mit sogenannten direkten Performancetests verschiedener Kultursysteme gegeneinander eine Datenbasis für weitere Optimierungen zu schaffen. Zugleich optimimieren wir die Prozessführung und entwickeln Zufütterungsstrategien (Mixotrophie). Diesen Service bieten wir auch kommerziellen Reaktorentwicklern an.
Klöck, G. Microalgae Biodiesel is not sustainable (yet). Invited opinion paper. Chemistry & Industry 4, 2010.
Noke A., Kontradowitz C., Stelling A., und Klöck G. Microalgae in the biogas process. Poster präsentation, Biorefinica 2009, Osnabrück.
Klöck, G. Biodiesel aus Mikroalgen: Kein nachhaltiger Biotreibstoff. Energy 2.0, Heft Juli 2009, Seiten 53-55, 2009.
Schwarz, S., Ott, S., Böder, D., Werner, S., Kramer, T., Wilfert, F., Bleeke, F., Klöck, G. Voraussetzungen für die nachhaltige industrielle Produktion von Biotreibstoffen durch Mikroalgen. GIT Laborfachzeitschrift, 9, 762-764, 2008.
Noke, A., Kontradowitz, C., Kattner, G., Klöck, G.(2007). Mixotrophic bioconversion with microalgae, European Society of Micro Algal Biotechnology, 7th European Workshop, IGV Institut für Getreideverarbeitung GmbH, 11-13 June, Bergholz- Rehbrücke, Germany.
3. Produktentwicklung
Mit Industrie- und Forscungspartnern entwickeln wir neue Produkte und Verfahren in verschiedenen Anwendungsbereichen. Dabei haben wir besondere Erfahrung in der Mikroverkapselung, dem Downstream processing und der intelligenten Nutzung von Rohstoffen in der Nahrungsmittelindustrie.
Klöck, G. und Noke, A. Veredlungsprodukte aus ungenutzten Stoffströmen der Lebensmittelverarbeitung. In: "Industrial Ecology - Erfolgreiche Wege zu nachhaltigen industriellen Systemen" Herausgeber von Gleich, A., Gößling-Reisemann,S. Teubner Verlag. 2009. ISBN: 978-3-8351-0185-2, Seiten 88-96.
Klöck, G., Zimmermann, U., und Gröhn, P. (1994). Verfahren zur Herstellung konzentrierter Lösungen von Zellen oder von suspendierten Wirkstoffen in mikroverkapselter Form. Offenlegungsschrift DE 44 26 396 A1
Mähr, C., Mlodzianowski, W., Sijmons, PD, und Klöck, G.. Biotechnologische Innovationen für traditionelle Industriebereiche. Bioforum 10, 65-6, 2005.
Klöck, G. Emotionale Überraschungsmomente. Journal Culinaire 3, 109-117. ISBN 3-927350-84-2, 2006.
Krines, C., Mlodzianowski, W. und Klöck, G. Innovation für die europäische Gastronomie. New Foods 57, 10-12, 2004
Klöck, G. Mikroverkapselung von Enzymen. In: Lösche, K. (Ed.). Enzyme in der Lebensmitteltechnologie. Behrs Verlag, Hamburg, 309-325, 2000.
Klöck, G., Gröhn, P., Hasse, C. Zimmermann, U.. Biocompatible Alginates. In: Le Gal, Y. und Halvorson, H.O. New Developments in marine Biotechnology. Springer Verlag, 1998.
4. Biokonversion
Aktuelle Verbundprojekte beinhalten die Biokonversion von nachwachsenden Rohstoffen und industriellen Reststoffen mit Mikroalgen und die Gewinnung und Applikation mariner Naturstoffe (Enzyme, Lipide, Mikrogele, Hydrogele). Weiterhin werden für Forschungspartner und Industrieunternehmen Technologien im Bereich Mikroverkapselung und Sprühtrocknung entwickelt.
5. Forschung und Lehre
Alle Forschungsvorhaben werden in enger Verzahnung mit der Lehre durchgeführt. Für interessierte Studierende gibt es vielfältige Möglichkeiten, schon frühzeitig im Studium entsprechende Forschungserfahrung zu sammeln, sei es als studentische Hilfskräfte in Projekten, oder in Projekt-, Bachelor- und Masterarbeiten. Bewerber von anderen Hochschulen sind ebenfalls stets willkommen.