Modellregion, Phase 1, Bio4MatPro - BL1-2: BioCapa - Entwicklung eines Produktionsverfahrens für biobasiertes Caprolacton

Abstract

Das Bio4matPro Boostlab 1 Projekt BioCapa war eine Kooperation aus dem Lehrstuhl für Biotechnologie (RWTH Aachen), dem Lehrstuhl für industrielle organische Chemie und Biotechnologie (Universität Bielefeld), dem Industriepartner BYK-Chemie GmbH (Altana) und dem nova-Institut GmbH. Die Aufgabenstellung innerhalb des Projektes war die Eintwicklung eines Produktionsverfahrens zur skalierbaren biobasierten Synthese von ɛ-Caprolacton. Hintergrund für die Notwendigkeit der Aufgabe war die immer größer werdende, industrielle Bedeutung des Laktons als Spezialchemikalie (in Form von Additiven) und als Monomer für die Polymersynthese des biologisch-abbaubaren Polycaprolacton. Da ɛ-Caprolacton bisher fast ausschließlich aus fossilen Rohstoffen produziert wurde, bestand das Hauptaugenmerk darauf, alternative biobasierte Rohstoffquellen und Synthesewege zu ermitteln und weiterzuentwickeln. Vor Beginn des Projektes wurden drei verschiedene Routen identifiziert, die auf 1.) biobasiertem Phenol, 2.) Fructose bzw. 5-Hydroxymethylfurfural oder 3.) CO2-basiertem Syngas beruhten. Dabei wurden sowohl biotechnologische, als auch chemokatalytische Reaktionsschritte berücksichtigt. Zu Beginn wurde die technische Umsetzbarkeit und Rohstoffverfügbarkeit der einzelnen Synthesezugänge evaluiert. Nach einer Priorisierung der vielversprechendsten Route sollte diese gezielt optimiert und skaliert werden. Bei dem Projektpartner BYK-Chemie sollten zudem erste Produktmuster auf ihre Gleichwertigkeit mit bereits etablierten, erdölbasierten Produkten geprüft werden. Die Rolle des Lehrstuhls für Biotechnologie (RWTH Aachen) definierte sich innerhalb des Konsortiums insbesondere in der Optimierung der Biokatalysatoren, die in dem Herstellungsprozess von Caprolacton eingesetzt werden. Aufgrund der weitreichenden Expertise der Arbeitsgruppe im Gebiet des Protein Engineerings bestand die Aufgabe darin, bis zu drei Enzyme durch gelenkte Evolution oder rationalem Design and die Prozessbedingungen anzupassen und zu verbessern. Begleitend zu den experimentellen Arbeiten sollten die wissenschaftlichen Ergebnisse durch das nova-Institut in Form eines Life-Cycle-Assesments und einer techno-ökonomischen Analyse evaluiert werden.