Der Bedarf nachwachsender Rohstoffe innerhalb der chemischen und biotechnologischen Industrie zu nutzen steigt kontinuerlich. Die Prozessintensivierung ermöglicht es neuartige Prozesse zu beschreiben, bestehende Prozesse effizienter und nachhaltiger zu bestreiten oder entspingt der schlichten Motivation Investitionen und Betriebskosten eben durch Innovationen zu senken. Aktuell unterteilt sich die Arbeitsgruppe in zwei Bereiche, welche wiederum verschiedene Forschungsprojekte und -ideen berücksichtigen: Die ganzheitliche Betrachtung hybrider und reaktiver Prozesse sowie eine Prozessintensivierung durch innovative Methoden.
Reaktive und hybride Prozesse
Die Integration zweier Grundoperationen in einen Apparat ist eine innovative Methode der Prozessintensivierung. Sie erlaubt in der Regel eine Steigerung der Selektivität, direkte Energieintegration und Einsparungen im Bereich der Investitionen und Betriebskosten. Herausforderungen stellen vor allem die erhöhte Komplexität und Einschränkungen in den betrieblichen Freiheitsgraden dar. Dennoch sind es reaktive und hybride Prozesse, welche es zum Teil überhaupt erst ermöglichen bestimmte Produkte ökonomisch darzustellen und zu gewinnen. Ziel dieser Arbeiten ist es nicht nur die experimentelle Machbarkeit darzulegen, sondern die einzelnen Teilprozesse zu modellieren um den Gesamtprozess zu simulieren. Aufgrund der hohen Komplexität dieser Prozesse kann so mittels Sensitivitätsstudien dargelegt werden, welche Potentiale die Prozesse haben und ein ganzheitlich optimaler Betriebsbereich bestimmt werden.
Innovative Methoden zur Charakterisierung enzymatischer Reaktionen
In der Biotechnologie sind mathematische Modelle besonders wichtig, um das Verhalten von Enzymen unter verschiedenen Bedingungen quantitativ zu verstehen und vorherzusagen. Die Modellierung enzymatischer Reaktionen ermöglicht die Analyse der Kinetik und der Reaktionsmechanismen. Dies ist entscheidend, um die Effizienz und Ausbeute biokatalytischer Prozesse zu steigern. Solche Modelle unterstützen auch die Identifizierung optimaler Reaktionsbedingungen wie pH-Wert, Temperatur und Substratkonzentration und erleichtern das Scale-up von Laborreaktionen zur industriellen Produktion. Darüber hinaus können mathematische Modelle verwendet werden, um Hemmungseffekte, Enzymstabilität und Wechselwirkungen mit verschiedenen Lösungsbestandteilen zu untersuchen. Die Entwicklung solcher Modelle ist jedoch mit einem hohen experimentellen Aufwand verbunden. Im Rahmen unserer Forschung untersuchen wir, welche innovativen und interdisziplinären Methoden eingesetzt werden können, um den experimentellen Aufwand gering zu halten und dennoch die kinetischen Parameter identifizieren zu können.
