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Simulationswerkzeug Simulationswerkzeug minimiert Umweltbelastung und Kosten in der Biotechnologie

| Redakteur: Anke Geipel-Kern

Die als hochinnovativ geltende Biotech-Branche setzt bislang kaum auf softwaregestützte Simulation. Die biologischen – also lebendigen – Prozesse konnten mit den Simulationsmodellen und -tools aus anderen Industriebereichen schlichtweg nicht abgebildet werden. Ein neues Simulationswerkzeug schafft Abhilfe.

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Es wurden Variationen der Fermentation simuliert und gezielt statistisch ausgewertet, um einen neuen, stabilen Downstream-Prozess zu entwerfen (Bild: Iosim)
Es wurden Variationen der Fermentation simuliert und gezielt statistisch ausgewertet, um einen neuen, stabilen Downstream-Prozess zu entwerfen (Bild: Iosim)

Die Biotech-Branche erzielt meist schlechtere Ökobilanzen als klassische Industrien, in denen umweltgerechte Standards längst etabliert und entsprechende Verfahren ausgereift sind. Ungenaues Design der Aufarbeitung führt zu unnötig hohen Abfall- und Abwassermengen; auch die Energiebilanzen der Produktion fallen viel höher aus, als es eigentlich erforderlich wäre. Marktreife (time to market) geht auf Kosten der ökologischen Verträglichkeit (sustainability). Hätte man ein geeignetes Simulationswerkzeug, ließen sich solche Mängel schnell und effizient abstellen.

Daher initiierte und förderte die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) ein zweijähriges Projekt (2006 bis 2008). Ziel war die Entwicklung eines neuen Werkzeugs („Inosim Professional“) für die Abbildung biotechnologischer Herstellverfahren anhand spezifischer Berechnungsmodelle. Projektpartner waren neben dem Unternehmen Inosim die TU Dortmund für die biotechnologische Grundlagenforschung und Bitop aus Witten als Anwendungsbetrieb. Projektziele waren die Prozessoptimierung im Betrieb, eine erhöhte Nachhaltigkeit in dessen Produktion sowie die Integration der innovativen Simulationsanwendung in den Produktlebenszyklus.

Biotech in der Praxis

Der Projektpartner Bitop hat sich auf die Gewinnung von Ectoin aus dem Stoffwechsel von Bakterien spezialisiert. Dieser Naturstoff wird u.a. in der Hautpflege verwendet. Das bei Bitop im so genannten Bakterienmelkverfahren produzierte Ectoin verursachte bei Projektbeginn eine hohe Umweltbelastung infolge großer Restmedien- und Salzfrachten und ausbleibender Wiederverwendung der Salze. Daher musste im Rahmen des Scale-ups die Reststoffentsorgung neu gestaltet werden. Auch wurde ein Redesign des Fermentationsverfahrens angestrebt, um die Raum-Zeit-Ausbeute bei Ectoin zu verbessern. Optimierte Ökonomie und Ökologie der biotechnischen Umsetzung konnten allerdings nur durch ein verbessertes Herstellungsverfahren inklusive der Aufarbeitung erreicht werden. Daher wurden Variationen der Fermentation simuliert und gezielt statistisch ausgewertet, um einen neuen, stabilen Downstream-Prozess zu entwerfen.

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