Fermentované biopolyméry
Mikrobiálna výroba biologicky rozložiteľných polyhydroxyalkanoátov v bioreaktoroch z nerezovej ocele — navrhnutých na robustnú, sterilnú a škálovateľnú fermentáciu, vrátane cesty plynovej fermentácie, ktorá premieňa CO₂ na plast.
Výzva
Polyhydroxyalkanoáty (PHA) a poly-3-hydroxybutyrát (PHB) sú plne biologicky rozložiteľné polyestery, ktoré bakterie hromadia vnútri bunky ako zásobu uhlíka a energie. Premeniť túto biológiu na priemyselný materiál je náročné: organizmus sa dopestuje do vysokej hustoty a potom sa vtlačí do fázy akumulácie polyméru, všetko pri striktnej sterilite a presnom riadení pH, rozpusteného kyslíka a dávkovania. V najambicióznejšej ceste je zdrojom uhlíka samotný CO₂ — vodík oxidujúce bakterie ako Cupriavidus necator fixujú CO₂ (s H₂) na PHA, čo pridáva manipuláciu s horľavými plynmi a obmedzenia prenosu hmoty [1][2].
Vo výrobnom meradle je to práca pre nerezovú ocel, nie pre sklo: proces vyžaduje parnú sterilizáciu na mieste, tlakovú odolnosť, robustné čistenie a trvalú konštrukciu kvality GMP, akú sklenený bioreaktor neposkytne.
Použitá technológia VINCI — bioreaktor z nerezovej ocele
Referenčnou technológiou je miešaný (alebo plynovo-fermentačný) bioreaktor z nerezovej ocele 316L, postavený na tlak, sterilitu a rozsah, aké vyžaduje priemyselná výroba biopolymérov.
- Prečo tu ocel a nie sklo. Sklenené bioreaktory sa hodia na výhľad a malé laboratórne objemy; výrobné PHA vyžaduje sterilizáciu SIP, tlakovú odolnosť, agresívne CIP a priemyselnú trvanlivosť — všetko vlastnosti nerezovej ocele.
- Fermentácia s vysokou hustotou. Efektívny prenos kyslíka (a pri plynovej fermentácii H₂/CO₂) na podporu fázy rastu a následne fázy akumulácie polyméru.
- Pripravené na plynovú fermentáciu. Konfigurovateľný pre substráty C1/plynné (CO₂ + H₂), s riadením plynov a ovládaním, ktoré táto cesta vyžaduje.
- SIP/CIP + Bioflex™. Integrovaná sterilizácia a čistenie s automatizovaným, auditovateľným riadením receptov pre reprodukovateľné dávky.
Od výskumu po výrobu, jedna platforma
Tie isté parametre a recepty Bioflex™ vás prevedú od laboratórneho stola po priemyselnú škálu a znižujú riziko prenosu medzi etapami.
Bioreaktory a fermentory sterilizovateľné in situ pre V&V
Séria BioSIP.
Pozrieť systém →
Bioreaktory a fermentory sterilizovateľné in situ pre pilot a výrobu
Séria BioFerm.
Pozrieť systém →
Veľkokapacitné bioreaktory a fermentory sterilizovateľné in situ
Bioreaktory na mieru.
Pozrieť systém →Výkonové ukazovatele
Nižšie uvedené čísla sú literárne a trhové referencie pre oblasť PHA-z-CO₂ — nie výsledky VINCI ani jej klientov.
- Cesta CO₂ → biologicky rozložiteľný polymér je dokázaná. Cupriavidus necator bola upravená tak, aby produkovala kopolyméry PHA (napr. PHBHHx) priamo z CO₂ v kontrolovanej kultivácii v reaktore [1][2].
- Biologicky rozložiteľný do ~1 roka. PHA vyrobený z CO₂ sa môže biologicky rozložiť približne za rok, na rozdiel od konvenčných plastov [3].
- Veľký trhový potenciál. Dopyt po PHA sa má do roku 2030 priblížiť ~1 miliónu ton, pri súčasnej svetovej výrobe pod ~100 000 ton — silný hnací prvok scale-upu [3].
Vedecké zdroje
- 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)
Pohovorme si o vašom procese
Povedzte nám o svojej aplikácii: náš inženiersky tím odpovie do 24 hodín.
Časté otázky
Polyhydroxyalkanoáty (PHA) sú polyestery, ktoré viaceré baktérie hromadia vnútri bunky ako zásobu uhlíka; najznámejším je PHB (polyhydroxybutyrát). Vyrábajú sa mikrobiálnou fermentáciou: kmeň dostáva zdroj uhlíka za podmienok, ktoré podporujú hromadenie polyméru, a výsledkom je biologicky rozložiteľný bioplast biologického pôvodu. Cesta plynnej fermentácie používa ako substrát CO₂ a H₂ namiesto cukru.
Sklo vyhovuje laboratóriu, kde sa cení vhľad do procesu a malé objemy. Vo výrobnej mierke proces vyžaduje sterilizáciu steam-in-place, tlakovú tesnosť, agresívne čistenie a trvanlivú konštrukciu priemyselnej kvality — podmienky, pre ktoré je potrebná nehrdzavejúca oceľ. Cykly SIP a CIP sú zabudované a riadené receptom, takže sterilizácia zostáva overiteľná.