Verbundvorhaben: INGE - Integrierte Mehrphasenreaktoren; Teilprojekt: Interaktion theoretischer Modelle und realer Prozessbedingungen und -abläufe
Zeitraum
2021-02-01 – 2024-08-31
Bewilligte Summe
599.782,00 EUR
Ausführende Stelle
Förderkennzeichen
03EN2062A
Leistungsplansystematik
Energiesparende Industrieverfahren - Chemische Industrie, Herstellung von Kunststoff- und Gummiwaren [EA3215]
Verbundvorhaben
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESN2)
Förderprogramm
Energie
Herausforderungen, die es für die Etablierung von fermentativen Prozessen zu bewältigen gilt, sind neben Stamm- und Medienoptimierung, das fluiddynamische Verhalten des vorliegenden Mehrphasensystems (fest, flüssig und gasförmig) und damit Inhomogenität zu charakterisieren. Zudem sind Vorgänge, die zu Inhomogenität führen, wie z.B. der Einfluss der Kompressibilität des zellulären Materials bei der Fest-Flüssig Trennung, bisher nicht oder unzureichend betrachtet. Grundsätzlich wird Inhomogenität, durch z.B. verschlechterte Mischung beim Scale-up, negativ behaftet, da die Produktivität, insb. der Mikroorganismen, beeinflusst wird. Jedoch ist es auch denkbar, dass eine gezielt eingestellte Inhomogenität Vorteile bringt. Neigt ein System z.B. zum Schäumen, so könnte durch 'gezieltes schlechteres' Einstellen der Gasverteilung oder dem Leistungseintrag im Fermenter die Schaumbildung geregelt werden. Daraus ergibt sich die Frage, ob Inhomogenität in Mehrphasensystemen nicht auch unentdeckte Potentiale für das Prozessdesign bzw. die Apparateentwicklung birgt. Im beantragten Projekt soll dies betrachtet und Inhomogenität hinsichtlich ihres Schadens oder Nutzens untersucht werden. Um den nötigen Detailierungsgrad auf Prozessebene und die Basis der virtuellen Prozessentwicklung zu schaffen werden geeignete Multiskalen-Modelle, die Fluiddynamik, Populationsbilanzen und Stoffwechselmodelle der Zelle verknüpfen, sowie Kompartment-Modelle zur Abstraktion komplexer Prozesse entwickelt. Dazu liefern eingesetzte Messtechnik und systematische Experimente, in verschiedenen Maßstäben und mit variierenden Prozessbedingungen, die nötige Stoff- und Prozessdatenbasis. Das im Projekt generierte Verständnis am Beispiel der technologisch herausfordernden Produktion von stark schäumenden Biotensiden birgt enormes Potential zur Energie- und Ressourceneinsparung durch präzise Prozess- und Apparateauslegung und steigert damit die Wettbewerbsfähigkeit von biotechnischen Produkten.