F&E Netzwerk für nachhaltige Biotechnologie Überblick Dieses Projekt (AZ 13176) wurde im Rahmen der ChemBioTec-Initiative von der Deutschen Bundes- stiftung Umwelt (DBU) unterstützt. Ökoeffizienz und Nachhaltigkeit in der Weissen Biotechnologie Frank Eiden a, Andreas Schmid b a ChemBioTec, TU Dortmund, Dortmund, Germany. b TU Dortmund, Fakultät Bio- und Chemieingenieurwesen, Lehrstuhl Biotechnik, Dortmund, Germany. ChemBioTec Schwerpunkt des Kompetenznetzwerks Chem- BioTec ist die nachhaltige produktive (Bio) Katalyse und integrierte Bioprozessentwicklung in der chemischen Industrie in Zusammenarbeit zwischen Industrie und Akademia. Bestehende und während der Entwicklung neu entstehende Einschränkungen der Produktivität von Katalyseprozessen sollen überwunden und damit ein essentieller Beitrag zur zukünftigen nachhaltigen Technikentwicklung geleistet werden. Großtechnische Produktions- prozesse der Chemie zur Synthese von Futter- mitteln, Lebensmitteln, Pharmaka oder Agro- chemikalien-Intermediaten und Polymeren stehen im Mittelpunkt. So werden nicht nur grundlegende Limitationen der Biokatalyse identifiziert, sondern vielmehr neue und groß-technisch implementierte Bioprozesse nachhaltig verbessert und entwickelt. Darüber hinaus sind auch neuartige, für die chemische Synthese nicht zugängliche Produkte und innovative Biomaterialien von hohem Interesse. Dementsprechend sollen im Schwer- punkt ChemBioTec Projekte gefördert werden, die das Ziel haben, bekannte und entstehende Limitationen der Produktivität von Katalyse- prozessen zu überwinden und so einen essentiellen Beitrag zur zukünftigen Technik- entwicklung in Deutschland zu leisten. Foto 1. Verbundtreffen der 4. Antragsrunde am in Osnabrück (DBU) Ökoeffizienzanalyse 5. Antragsrunden 20 Verbundprojekte mit 77 Partnern 18,6 Mio. Gesamtkosten durchschnittliche Förderung: 47 % (DBU) Ökoeffizienzanalysen Zusammenfassung [1] Heck, T., H. P. Kohler, et al. (2007). Chem Biodivers 4(9): [2] Lutz J. (2009). Seminarvortrag Danksagungen:Referenzen Die Entwicklungen von Produkten und Verfahren ausgehend von der Idee über die F&E bis zur Produkteinführung ist ein komplexer Weg. Entlang der Wertschöpfungskette gilt es ständig, ökonomische und qualitätssichernde Entscheidungen zu treffen. Darüber hinaus müssen zunehmend ökologische und soziale Fragen im Sinne von Marktakzeptanz und -relevanz beantwortet werden. Vor diesem Hintergrund fordert die DBU - gemeinsam mit dem Forschungsverbund ChemBioTec - im Rahmen ihrer Projektförderungen eine Ökoeffizienzanalyse zu erstellen. Als eine von wenigen Fördereinrichtungen für Produkte und Verfahren in Weissen Biotechnologie und Chemie berücksichtigt die DBU somit von Anfang an die o.a. Aspekte und sichert damit ihren geförderten Projektpartnern einen qualitativen Wettbewerbsvorteil. Fallbeispiel Diagramm 2. Schwerpunktstruktur von ChemBioTec Die Ökoeffizienzanalyse selbst ist ein Instrument für die vergleichende Beurteilung von Produkten, Verfahren oder Dienstleistungen im Hinblick auf deren ökonomische und ökologische Effizienz. Allgemein ist die Ökoeffizienzanalyse aber nicht mit einer Ökobilanz gleichzusetzen, da eine Ökoeffizienzanalyse über die Betrachtung von verschiedenen ökologischen Wirkungskategorien – wie zum Beispiel dem Potential zur Klimaveränderung – hinaus die Kosten für ein Produkt/Verfahren innerhalb eines bestimmten Untersuchungsrahmens mit einbezieht. Die Bestimmung der Ökoeffizienz, bereits in frühren Phasen, kann dabei auf verschiedenen Wegen geschehen. Dazu können etwa Kennzahlen gebildet werden, die quantitative Angaben zur Ressourcenschonung mit der ökonomischen Performance ins Verhältnis setzen, wie zum Beispiel: x Tonnen eingesparter Rohstoffe pro Tonne Produkt bei gleichbleibender Wertschöpfung. Innerhalb von ChemBioTec können folgende Grundaspekte der Prozessentwicklung bearbeitet werden: Diagramm 1. Verteilung der 77 Partner des Verbundes Überblick – ChemBioTec - Netzwerk KMU: 31 GU: 4 Wissenschaft: 42 Zielprodukt: Carnosin Zielprozess: Carnosin-Synthese [1,2] b-Ala-a-His Eigenschaften: Antioxidanz Verbesserung der Wundheilung Anti-glykosilierend Metal komplexierend Reduktion der Anzahl freier Radikale Stimulation des Immunsystems Anti-Aging-Drug Chemische-Synthese - Vinick (Pfizer) Enzymatische Synthese Ökoeffizienzanalyse (Ergebnisse) Frühphasenevaluierung Spätphasenevaluierung Ökoeffizienzanalyse (Prozessbegleitend) Abfallindex kg/kg Carnosin Chemisch: Vinick-Verfahren16 Biologisch: Enzymherstellung22 Biologisch: Enzymatische Synthese643 Biologisch-Gesamt:665 Vinick Verfahren besitzt geringsten Abfallindex Biologisches Verfahren sehr materialintensiv (Wasser) Die Synthese ist (momentan) stark optimierungs- bedürftig Prozessbegleitedende Ökoeffizienzmethode gibt Hinweise auf die (Prozess-)Optimierungsrichtung Diagramm 3. Stoffströme ermittelt mit Sabento-Software, ifu-Hamburg GmbH