Fermentierte Biopolymere
Mikrobielle Produktion biologisch abbaubarer Polyhydroxyalkanoate in Edelstahl-Bioreaktoren — ausgelegt auf robuste, sterile und skalierbare Fermentation, einschließlich des Gasfermentationswegs, der CO₂ in Kunststoff verwandelt.
Die Herausforderung
Polyhydroxyalkanoate (PHA) und Poly-3-hydroxybutyrat (PHB) sind vollständig biologisch abbaubare Polyester, die Bakterien intrazellulär als Kohlenstoff- und Energiespeicher anlegen. Diese Biologie in einen Industriewerkstoff zu überführen ist anspruchsvoll: der Organismus wird auf hohe Dichte gebracht und dann in eine Polymer-Akkumulationsphase getrieben, alles unter strikter Sterilität und enger Regelung von pH, Gelöstsauerstoff und Zufütterung. Im anspruchsvollsten Weg ist die Kohlenstoffquelle das CO₂ selbst — wasserstoffoxidierende Bakterien wie Cupriavidus necator fixieren CO₂ (mit H₂) zu PHA, was zusätzlich den Umgang mit brennbaren Gasen und Stofftransportgrenzen mit sich bringt [1][2].
Im Produktionsmaßstab ist das eine Sache für Edelstahl, nicht für Glas: der Prozess verlangt Dampfsterilisation vor Ort, Druckfestigkeit, robuste Reinigung und eine dauerhafte Konstruktion in GMP-Qualität, die ein Glasbioreaktor nicht leisten kann.
Die angewandte VINCI-Technologie — Edelstahl-Bioreaktor
Die Referenztechnologie ist ein gerührter (oder Gasfermentations-) Bioreaktor aus Edelstahl 316L, gebaut für den Druck, die Sterilität und den Maßstab, die die industrielle Biopolymerproduktion verlangt.
- Warum hier Stahl und nicht Glas. Glasbioreaktoren passen zu Sichtbarkeit und kleinen Volumina im Labor; PHA in der Produktion verlangt SIP-Sterilisation, Druckfestigkeit, aggressives CIP und industrielle Haltbarkeit — alles Eigenschaften von Edelstahl.
- Hochdichte-Fermentation. Effizienter Transfer von Sauerstoff (und bei Gasfermentation von H₂/CO₂), um die Wachstumsphase und anschließend die Polymer-Akkumulationsphase zu tragen.
- Für Gasfermentation vorbereitet. Konfigurierbar für C1-/Gassubstrate (CO₂ + H₂), mit der Gasführung und Regelung, die dieser Weg verlangt.
- SIP/CIP + Bioflex™. Integrierte Sterilisation und Reinigung mit automatisierter, auditierbarer Rezeptsteuerung für reproduzierbare Chargen.
Von der Forschung bis zur Produktion, eine Plattform
Dieselben Parameter und Bioflex™-Rezepte begleiten Sie von der Laborbank in den Industriemaßstab und senken das Transferrisiko zwischen den Stufen.
In-situ sterilisierbare Bioreaktoren und Fermenter für F&E
BioSIP-Serie.
System ansehen →
In-situ sterilisierbare Bioreaktoren und Fermenter für Pilot und Produktion
BioFerm-Serie.
System ansehen →
In-situ sterilisierbare Bioreaktoren und Fermenter im Großmaßstab
Bioreaktoren nach Maß.
System ansehen →Leistungskennzahlen
Die folgenden Zahlen sind Literatur- und Marktreferenzen zum Feld PHA-aus-CO₂ — keine Ergebnisse von VINCI oder seinen Kunden.
- Der Weg CO₂ → biologisch abbaubares Polymer ist belegt. Cupriavidus necator wurde so verändert, dass sie PHA-Copolymere (z. B. PHBHHx) direkt aus CO₂ in kontrollierter Reaktorkultivierung bildet [1][2].
- Biologisch abbaubar in ~1 Jahr. Aus CO₂ erzeugtes PHA kann in etwa einem Jahr biologisch abgebaut werden, anders als konventionelle Kunststoffe [3].
- Großes Marktpotenzial. Die PHA-Nachfrage wird für 2030 auf ~1 Million Tonnen projiziert, gegenüber einer heutigen Weltproduktion unter ~100.000 Tonnen — ein starker Scale-up-Treiber [3].
Wissenschaftliche Quellen
- Production of P(3HB-co-3HHx) from CO₂ via pH-stat jar cultivation of an engineered Cupriavidus necator (PMC)
- Efficient production of high-concentration P(3HB-co-3HHx) from CO₂ employing recombinant Cupriavidus necator (PMC)
- Anthropocene Magazine — Chemists use bacteria to convert CO₂ in the air into bioplastic (market figures)
Sprechen wir über Ihren Prozess
Erzählen Sie uns von Ihrer Anwendung: unser Engineering-Team antwortet innerhalb von 24 Stunden.
Häufige Fragen
Polyhydroxyalkanoate (PHA) sind Polyester, die mehrere Bakterien als Kohlenstoffreserve in der Zelle einlagern; PHB (Polyhydroxybutyrat) ist das bekannteste davon. Hergestellt werden sie durch mikrobielle Fermentation: Der Stamm erhält eine Kohlenstoffquelle unter Bedingungen, die die Polymereinlagerung fördern, und das Ergebnis ist ein biologisch abbaubarer biobasierter Biokunststoff. Der Weg über die Gasfermentation nutzt CO₂ und H₂ als Substrat statt eines Zuckers.
Glas passt ins Labor, wo Einblick in den Prozess und kleine Volumina zählen. Im Produktionsmaßstab verlangt der Prozess Steam-in-Place-Sterilisation, Druckfestigkeit, aggressive Reinigung und eine dauerhafte Konstruktion in Industriequalität — Bedingungen, für die Edelstahl nötig ist. SIP- und CIP-Zyklen sind integriert und rezeptgesteuert, sodass die Sterilisation überprüfbar bleibt.