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Vom Rohstoff zur Produktion Biokraftstoffe effizient entwickeln und produzieren

| Autor / Redakteur: Christiane Schlottbom* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Die Erforschung und Entwicklung von Biokraftstoffen ist ein dynamisches Feld: Die mit der weltweiten Ernährungslage verbundenen Bedenken machen die Erschließung neuer Ausgangsmaterialien und Techniken zur Gewinnung alternativer Treibstoffe nötig. Wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit zu fossilen Brennstoffen kann dabei nur durch integrierte Prozesse erreicht werden, die den speziellen Anforderungen der Biokraftstoffforschung Rechnung tragen.

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Abb.1: Optimale Biokraftstoffe können nur mit einer gezielten Überwachung des gesamten Prozesses von der Entwicklung bis zur Produktion erzeugt werden.
Abb.1: Optimale Biokraftstoffe können nur mit einer gezielten Überwachung des gesamten Prozesses von der Entwicklung bis zur Produktion erzeugt werden.
(Bild: Eppendorf )

Mit der Erneuerbare-Energien-Richtlinie haben Europäisches Parlament und Europäischer Rat im Jahr 2009 die Kommerzialisierung alternativer Energiequellen an ehrgeizige Ziele geknüpft und so die Weichen in Richtung einer unabhängigen Energieversorgung gestellt [1]. Bis 2020 sollen EU-weit 20 % des Energiebedarfs aus erneuerbaren Quellen gedeckt werden, im Verkehrssektor immerhin zehn Prozent. Die andauernden politischen Instabilitäten des vergangenen Jahres haben darüber hinaus das Ziel der Unabhängigkeit von Ölimporten in den Mittelpunkt des öffentlichen Interesses gerückt.

Die Herstellung von Biokraftstoffen der so genannten ersten Generation ist gut erforscht und wird, insbesondere in Brasilien und den Vereinigten Staaten, aber auch innerhalb der EU, in kommerziellem Maßstab angewandt. Werden Nahrungsmittel für die Produktion von Biodiesel oder Bioethanol eingesetzt, ist dies jedoch mit ethischen Bedenken verbunden. Daher müssen alternative Rohstoffe und neue Produktionsmethoden erschlossen werden. Von der Rohstoffanalyse über Enzymoptimierung und Stammentwicklung bis hin zur Prozessentwicklung und Scale-up finden Eppendorf-Kunden Werkzeuge, die die einzelnen Schritte ihres Arbeitsablaufes in der Biokraftstoffentwicklung unterstützen.

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Rohstoffanalyse: Höchste Sicherheit im Sample Handling

Pflanzliche Rohstoffe sind das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Biokraftstoffen der ersten und zweiten Generation und somit die erste Stellschraube in der Entwicklung effektiver Produktionsprozesse. Die Analyse dieser Materialien gibt Aufschluss über ihre stofflichen Eigenschaften, wie Fett- oder Stärkeanteile, und ihre Eignung für die Biokraftstoffherstellung.

Eppendorf bietet modernen Analyselaboren eine große Produktvielfalt für diese initialen Schritte. Bewährte Kompetenz im Bereich Sample Handling mit einer breiten Produktpalette von Geräten und Verbrauchsartikeln bietet höchste Prozesssicherheit im Umgang mit Probenmaterial. Manuelle und automatische Pipettierlösungen, Reaktionsgefäße, Zentrifugen und temperierbare Mischer sowie eine Auswahl an Tiefkühlgeräten für unterschiedliche Anforderungen bieten Forschern flexible Lösungen zur Vorbereitung, Aufreinigung und Analyse ihrer Proben bis hin zur Lagerung. Darüber hinaus erleichtern spezielle Verbrauchsmaterialien und Liquid-Handling-Lösungen den Umgang mit selbst schwer zu dosierendem Ausgangsmaterial.

Enzymoptimierung: Schlüssel zur Kosteneffektivität

Abhängig vom biologischen Ausgangsmaterial kann eine umfangreiche Vorbehandlung notwendig sein. Neben mechanischen und chemischen Schritten beinhaltet sie in der Regel einen enzymatischen Abbau, der langkettige Moleküle wie Stärke oder Lignocellulose zu Mono- und Disacchariden spaltet.

Die verwendeten Enzyme haben einen großen Einfluss auf die Gesamtkosten des Herstellungsprozesses. Hochspezifische und unter Prozessbedingungen möglichst stabile Enzyme sind daher ein wichtiger Faktor zur Kostensenkung in der Biokraftstoffherstellung. Die Familie der Mastercycler PCR-Geräte von Eppendorf garantieren hierfür komfortable und zuverlässige PCR-Läufe und sind verlässliche Werkzeuge, um genetische Modifikationen zu erkennen und zu spezifizieren. Die Enzymaktivität kann ebenfalls schnell, einfach und zuverlässig mithilfe des Spektralphotometers Biospectrometer Kinetic ermittelt werden.

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