Projekt 13132/01

Förderschwerpunkt Biotechnologie: Development of Sustainable Bioprocesses: Modeling and Assessment – Ein Buchprojekt mit VCH Wiley GmbH & Co. KGaA

Projektdurchführung

Universität des Saarlandes Lehrstuhl für Technische Biochemie
Campus A 1.5
66123 Saarbrücken

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Nachhaltigkeit von Produktionsprozessen nimmt heute eine immer bedeutendere Rolle ein. Biotechnologische Prozesse haben ein hohes Potenzial zur Verbesserung der Nachhaltigkeit. Die Auswirkungen auf die ökonomische, ökologische und soziale Nachhaltigkeit entscheiden sich dabei bereits in der Prozessentwicklung. Das Potenzial der Bioprozesse wird daher nur dann voll genutzt werden, wenn Methoden zur Nachhaltigkeitsbewertung in der Prozessentwicklung verfügbar sind und Prozessentwickler in der Industrie sowie Studenten/Doktoranten in Forschung und Lehre mit diesen Methoden vertraut sind.
Im vorliegenden Projekt ist daher ein Buch erstellt worden, das als praktische Anleitung zur Entwicklung nachhaltiger Bioprozesse verwendet und ebenso als Einführung in den Themenbereich in der universitären Lehre dienen kann. Besonders wertvoll erscheint das vorgeschlagene Buch für Forschungsverbünde, die sich mit der Entwicklung nachhaltiger Prozesse beschäftigen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Buch ist in einen theoretischen Einführungsteil und einen praktischen Teil mit Fallbeispielen unterteilt. Im theoretischen Teil wird zunächst eine kurze Einführung in die Bioprozessindustrie und die dortige Prozessentwicklung gegeben. Im zweiten Kapitel wird näher auf die Entwicklung von Bioprozessen eingegan-gen (z. B. Rolle von Biokatalysator, Rohstoff, Produkt, Aufreinigung etc.). Das dritte Kapitel beschäftigt sich mit der Modellierung und Simulation biotechnologischer Verfahren unter besonderer Berücksichtigung der Modellierung in der Prozessentwicklung, die für eine solide Bewertungsgrundlage unverzichtbar ist (Prozessanalyse, Verfahrensaufbau, Modellierung, Unsicherheitsanalyse). Das letzte Kapitel des theoretischen Teils behandelt die Bewertung der Nachhaltigkeit (Nachhaltigkeitsbegriff, Bewertungsmethoden während der Prozessentwicklung).
Der praktische Teil stellt eine Reihe von Fallstudien vor, die die Anwendung der vorgestellten Methoden auf die Entwicklung von Bioprozessen behandeln und einen weiten Bereich von der Herstellung von Bulk Chemicals, über Feinchemikalien und den Pharmazie- und Lebensmittelbereich abdecken. Ergänzt wird das Buch durch eine CD-ROM, die die Modelle und Bewertungen zu den Fallbeispielen enthält und an-hand von Übungen auch einen praktischen Einstieg in die Aufgaben der Prozessentwicklung ermöglicht.


Ergebnisse und Diskussion

In diesem Projekt wurde das Buch Development of Sustainable Bioprocesses: Modeling and Assessment verfasst, welches nun zum Druck beim Verlag eingereicht ist. Die Haupt-Autoren des Buchs sind Elmar Heinzle, Arno Biwer, beide Universität des Saarlandes, und Charles L. Cooney, MIT, Cambridge, USA. Daneben wurde eine Reihe von Fallbeispielen mit Simulationen von Experten aus der ganzen Welt beigesteuert. Das Buch besteht aus zwei Abschnitten, einem ersten theoretischen Teil mit einer Einführung in die Modellierung biotechnologischer Prozesse und in die Nachhaltigkeitsbewertung. In einem zweiten Abschnitt sind 12 Fallbeispiele beschrieben, die der Herstellung verschiedenster Wertstoffe mit bereits bestehenden oder geplanten Verfahren dienen. Diese Beispiele sind softwaremäßig in Su-perPro Designer und Crystall Ball implementiert und als lauffähige Beispiele auf einer CD dem Buch beigefügt. Die beiden Programme sind ebenfalls in lauffähigen Versionen auf der beigefügten CD enthalten.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das erarbeitete Buch wird durch den Verlag Wiley-VCH über die üblichen Kanäle einem breiten Fachpublikum vorgestellt, sobald die Arbeiten beim Verlag selber genügend weit fortgeschritten sind.


Fazit

Mit dem neu erarbeiteten Buch wird ein wesentlicher Beitrag zu modernen Methoden der Entwicklung nachhaltiger biotechnologischer Produktionsprozesse geleistet. Insbesondere mit den Fallbeispielen können so Prozessentwickler sowohl in der Industrie als auch in der akademischen Forschung wesentlich leichter und schneller Prozessmodelle entwickeln und somit Produktionsprozesse frühzeitig bezüglich ihrer Nachhaltigkeit bewerten. Dies wird insbesondere auch dadurch erleichtert, dass geeignete Bewertungsmethoden dargestellt und eingesetzt werden.