Künstliche Biofilme für

ressourcenschonende Biotechnologie

 

 

Im neuen bayerischen Projektverbund BayBiotech kooperieren Bioprozesstechnik und Makromolekulare Chemie an der Universität Bayreuth, um ein innovatives Konzept für künstliche Biofilme zu entwickeln. Deren Potenziale sollen in unterschiedlichen Bereichen der Industrie systematisch genutzt werden können – zum Beispiel in der Energietechnik, der Umwelttechnik oder der Pharmazie.

Welche Chancen bietet die Biotechnologie für eine innovative, in wirtschaftlicher Hinsicht effiziente und zugleich umweltfreundliche Nutzung von Rohstoffen? Um diese Frage geht es in dem neuen Projektverbund Ressourcenschonende Biotechnologie (BayBiotech), der vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz mit insgesamt rund zwei Mio. Euro gefördert wird. An der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), die den Verbund koordiniert, fand am 3. Februar 2016 die Auftaktveranstaltung statt. Dabei stellten sich sechs anwendungsorientierte Forschungsprojekte vor, die künftig an BayBiotech mitwirken. Dazu zählt auch ein Vorhaben der Universität Bayreuth zum Thema „Biofilme für die Prozessintensivierung“, in dem Forschungsteams aus der Bioprozesstechnik und der Makromolekularen Chemie unter der Leitung von Prof. Dr. Ruth Freitag und Prof. Dr. Andreas Greiner kooperieren.


Von der Natur zur industriellen Nutzung


Das Projekt zielt darauf ab, ein neues Konzept für künstliche Biofilme zu entwickeln und im Industriemaßstab umzusetzen. In der Natur gibt es vielfältige Beispiele für Biofilme. Sie entstehen überall dort, wo sich Bakterien, Pilze oder Algen an feuchte Oberflächen anheften und sich hier aufgrund günstiger Lebensbedingungen vermehren, wie etwa an Brückenpfeilern, Rohrleitungen oder Schiffsturbinen. In manchen Bereichen der Industrie werden bereits heute großflächige Biofilme eingesetzt. Biofilme kommen insbesondere bei der Abwasserbehandlung, in Bio-Filtern für die Luftreinhaltung, in Biogasanlagen oder auch bei der Produktion von Essigsäure zum Einsatz, die für die Lebensmittel- und für die Kunststoffindustrie ein unentbehrlicher Rohstoff ist.


In diesen Fällen arbeitet man mit natürlichen Biofilmen, die meist mehrere Arten von Mikroorganismen enthalten. Für viele weitere Anwendungen in der industriellen Biotechnologie gibt es jedoch keine geeigneten natürlichen Biofilme, oder sie sind aus hygienischen Gründen nicht erwünscht. Hier setzt das neue Bayreuther Konzept der „Biokomposite“ an: Dies sind Biofilme, bei denen die Mikroorganismen nicht nur gezielt ausgewählt, sondern auch in ein maßgeschneidertes Substrat aus Polymeren eingebettet werden.


Vielfältige Anwendungspotenziale maßgeschneiderter Biofilme 


Die an BayBiotech beteiligten Forscher an der Universität Bayreuth sind überzeugt, dass das Potenzial derartiger künstlicher Biofilme groß ist. Dies gilt vor allem für „Single Species“-Biofilme, die ausschließlich eine einzige Art von Mikroorganismen enthalten, so dass sich deren Stoffwechselfunktionen gezielt steuern und kontrollieren lassen. „Für einen sparsamen Umgang mit Rohstoffen wird es immer wichtiger, dass die in Abfällen enthaltenen Wertstoffe erneut genutzt werden“, erklärt Prof. Freitag, Inhaberin der Lehrstuhls für Bioprozesstechnik. „Dies gilt für Abfälle aus der Industrie und der Landwirtschaft ebenso wie für den Müll von Privathaushalten. Phosphat, Schwefel und Metalle sind Rohstoffe, die viel zu wertvoll sind, um verbrannt zu werden. Mithilfe spezieller Mikroorganismen können sie isoliert und zurückgewonnen werden.“ 

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