Fachhochschule Gelsenkirchen - Standort Recklinghausen- Industrielle Biotechnologie GRUPPENARBEIT Gruppe: 3: Aufreinigung / Downstream processing Fachhochschule Gelsenkirchen - Standort Recklinghausen- Wintersemester 2010/2011

Wo befinden wir uns jetzt??? Die Produkte werden mittels Destillation, Rektifikation, Kristallisation, Dehydratation und dergleichen separiert und weiterverarbeitet oder verwertet. 2

Downstream processing Aufarbeitungsschritte: Abtrennung der MO‘s von den sezernierten Produkten bzw. Zellaufschluss bei intrazellulärer Synthese 2. Isolierung des Produkts aus der Brühe (Capturing) 3. Anreicherung über verschiedene Reinigungsschritte (Polishing) 4. Bereitstellung des Endproduktes in der gewünschten Form/Reinheit (Formulierung)

Ablauf 1. Zentrifugation 2. Destillation 3. Kristallisation Entfernung der Mikroorganismen aus der Brühe 2. Destillation Trennung der Fraktionen (Aceton, Ethanol, Essigsäure/Butanol, Buttersäure) anhand der Siedepunkte (s. Tabelle) 3. Kristallisation zusätzliche Trennung der Essigsäure von Butanol aufgrund gleicher Siedepunkte

Berechnungen der Anlagengrößen Berechnung der Fermentationsansätze pro Tag: Im Jahr (362 d) 2400 Fermentationsansätze  6,63 Fermenter pro Tag Anlage Produkt Menge [t/d] Menge [t/h] Zentrifuge 2820 117,5 Überstand 2400 Biomasse 423 Destillation 100 Essigsäure 0,84 Buttersäure 0,72 Aceton 2,4 Ethanol Butanol 28,8 Schlempe 2366,5 Kristallisation 29,64 1,25

Einschub: Gasphase Ableitung vom Fermenter  H2: 1.062.500 L/Fermenter  CO2: 2.550.000 L/Fermenter Rückführung als Schutzgas und zur Durchmischung  75.000 L/Fermenter Rest CO2 (16.409.250 L/Tag) ???  DENN: Aufreinigung zu teuer und zu energieaufwendig

1. Zentrifugation Menge: 2820 t/d (117,5 t/h)  1 Anlage: Giant3 mit 140.000 L/h Fassungsvermögen & 32 kW Leistung Bodensatz: Biomasse  Rückführung von 5,525 t/d zur Verbesserung der Wachstumsbedingungen im Fermenter  Rest 417 t  Verkauf ??? Überstand der Zentrifugation  Sammelbecken  Destillationskolonne

Zur Trennung genutzte Eigenschaften Produkt Siedepunkt Schmelzpunkt Wasserstoff -252,87 °C Kohlendioxid -56,57 °C Aceton 56.53 °C Ethanol 78 °C Essigsäure 118 °C 17 °C Butanol −89 °C Buttersäure 163 °C

2. Destillation Menge: 2400 t/d (100 t/h) Auftrennung in:  1 Kolonne mit 100.000 L Fassungsvermögen Auftrennung in: Flüssigphase: Trennung von Aceton, Ethanol, Essigsäure/Butanol, Buttersäure ii. Schlempe: Herstellung von Biogas (Methan)  Energie für den Prozess

2.i. Flüssigphase - Destillationskolonne

2.ii. Schlempe Isovalerinsäure, Valerinsäure, Hexansäure und Ansammlung im Kolonnensumpf  2366,5 t/d Enthält die Nebenprodukte Riboflavin, Propionsäure, Isovalerinsäure, Valerinsäure, Hexansäure und Önanthsäure Herstellung von Methan in eigener Biogasanlage  Rückführung zum Ofen zum Heizen der Destillationsanlage Verkauf als Futtermittel oder Dünger

3. Kristallisation Schmelzpunkte: Menge: 30 t/d (1,25 t/h)  1 Anlage mit 1,5 t/h Fassungsvermögen Trennung von Essigsäure und Butanol anhand der Schmelzpunkte: Produkt Schmelzpunkt Essigsäure 17 °C Butanol -89 °C

Downstream processing - Überblick Atmosphäre Wärme-tauscher Wasser (l) Ethanol (l) Kohlendioxid Wasserstoff Wasser (g) Aceton (l) Buttersäure (l) Butanol (l) & Essigsäure (l) Destillations- kolonne Kristallisation Ausgangs- substanzen Überstand Zentrifuge Butanol (l) Essigsäure (s) Fermenter Biogas- herstellung Biomasse Schlempe Methan Abfall Abfall Materialstrom Energiestrom Futtermittel/Dünger

Reinheit der Produkte Reinheiten und Mengen: Aceton 99 2 2,352 Verlustquote [%] Menge [t/d] Aceton 99 2 2,352 Essigsäure 82 4 0,8064 Buttersäure 97 0,7056 Butanol 95 27,66 Ethanol 96

Verwendung der Produkte Aceton Herstellung von Plexiglas / Acrylglas Nagellackentferner Lösungs- und Extraktionsmittel in der Klebstoff- und Lackindustrie Reinigung von Dentinflächen und Wurzelkanälen

Verwendung der Produkte Essigsäure Speiseessig Kalklöser Konservierungsstoff in der Lebensmittelindustrie (E260) Salze sind Hilfsmittel in der Textil- und Lederindustrie Zwischenprodukt zur Herstellung von Kunstfasern, Kunststoffen, Riechstoffen und Medikamenten

Verwendung der Produkte Buttersäure Zellulosebutyrat  witterungsbeständiger und schlagfester Kunststoff Medikamente und Schädlingsbekämpfung Buttersäureester  Aromastoffe / Duftstoffe (Mixbiere, Parfüm, Joghurt)

Verwendung der Produkte Butanol Ausgangsstoff für die Produktion von Synthesekautschuk Extraktionsmittel bei der Gewinnung von Arzneistoffen Flotationschemikalie beim Papierrecycling Biokraftstoff der 3. Generation Herstellung von Lacken

Verwendung der Produkte Ethanol Lösungsmittel Grundchemikalie in der Industrie Bioethanol (Kraftstoff) Trinkalkohol Desinfektionsmittel

(Michelle Aquino Apitz, Eva Dürholt, Marina Renner, Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!  Gruppe 3 (Michelle Aquino Apitz, Eva Dürholt, Marina Renner, Julia Kirchhof, Müberra Ahci, Florian Boecker)