Chemoenzymatisches Mehrstufen-Eintopfverfahren zur Schmierstoff-Herstellung

13.11.2013 Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt mit 1,1 Mio. Euro die gemeinschaftliche Erforschung ressourcenschonender Produktionsverfahren von Industriechemikalien durch den Bielefelder Chemiker Prof. Dr. Harald Gröger und den Düsseldorfer Enzymtechnologen Prof. Dr. Werner Hummel.

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Chemoenzymatisches Mehrstufen-Eintopfverfahren zur Schmierstoff-Herstellung

Prof. Dr. Harald Gröger (Bild) und Prof. Dr. Werner Hummel wollen industrielle Schmierstoffe durch ein chemoenzymatisches Mehrstufen-Eintopfverfahren selektiver und energiesparender herstellen (Bild: Martin Brockhoff, Universität Bielefeld)

Als ein ausgewähltes Beispiel strebt das Forscher-Duo hierbei einen neuartigen Zugang zu Schmierstoffen an. Diese Spezialchemikalien kommen bereits vielseitig in der Industrie zum Einsatz, deren Herstellung allerdings ist äußerst energieintensiv mit Reaktionstemperaturen im Bereich von 180 und 300 °C. Dadurch treten auch ungewünschte Nebenreaktionen auf. Ziel der beiden Forscher ist die Entwicklung eines alternativen 6-stufigen Eintopf-Verfahrens unter Kombination aus Chemo- und Biokatalyse, mit dem diese Produkte dann bei Raumtemperatur und somit deutlich nachhaltiger und selektiver produziert werden können.

Die beiden Wissenschaftler wollen die beiden „Katalyse-Welten“ Chemo- und Biokatalyse kombinieren und dabei sowohl den Abfall als auch den Energiebedarf reduzieren. Das Forschungsprojekt wird im Rahmen der Förderinitiative „Nächste Generation biotechnologischer Verfahren – Biotechnologie 2020+“ gefördert.

Ein Großteil des Abfalls, der bei Chemieproduktionen anfällt, ist darauf zurückzuführen, dass chemische Produkte oftmals aufgrund ihrer Komplexität in mehreren nacheinander ablaufenden einzelnen Reaktionen hergestellt werden und nach jeder dieser Stufen eine Aufarbeitung erfolgt. Bei diesen Aufarbeitungsschritten werden große Mengen Lösungsmittel eingesetzt und es entstehen Abfallprodukte. Genau hier setzt das Forschertandem-Projekt mit der Erforschung sogenannter Eintopf-Verfahren als Lösungsansatz an. Bei diesen Verfahren werden die einzelnen chemischen Reaktionen miteinander kompatibel gemacht und so kombiniert, dass keine Aufarbeitungs- und Reinigungsschritte dazwischen mehr nötig sind. Die dadurch möglichen Eintopfverfahren sind für industrielle Anwendungen attraktiv, weil sie Synthesen effizienter und nachhaltiger machen und Abfälle reduziert werden.

Das Forschertandem mit dem Chemiker Gröger (Uni Bielefeld, Institiut für Organische Chemie) und dem Biotechnologen Hummel (Uni Düsseldorf, Institut für Molekulare Enzymtechnologie IMET in Jülich) geht aber noch einen Schritt weiter und will biotechnologische mit „klassisch-chemischen“ Verfahren kombinieren – also zwei „Welten“ verknüpfen, die bislang meist getrennt betrachtet wurden. In diesem Fall sprechen die Forscher von chemoenzymatischen Mehrstufen-Eintopfverfahren. Als ein Schlüssel für das Funktionieren solcher Verfahren gilt die Kompatibilität der Einzelschritte miteinander. „Lassen sich chemoenzymatische Mehrstufen-Eintopfverfahren zukünftig im größeren Maßstab effizient und umfangreich anwenden, könnten heutige Grenzen biotechnologischer Verfahren überwunden werden“, erläutert Gröger. „Dies wäre ein wichtiger Fortschritt, mit der die industrielle Biotechnologie in der Chemieindustrie in noch größerem Umfang eingesetzt werden könnte.“

Gröger und Hummel arbeiten schon seit vielen Jahren zusammen, haben über 20 gemeinsame Publikationen veröffentlicht und waren an der Entwicklung industrieller Bioprozesse beteiligt. Hummel bringt seine Expertise in der Entwicklung und Herstellung rekombinanter Enzyme ein, während Gröger, der seit 2011 an der Fakultät für Chemie der Universität Bielefeld forscht und lehrt, auf die Prozessentwicklung enzymatischer Syntheseverfahren und die Entwicklung chemoenzymatischer Synthesen zur Herstellung von insbesondere Spezialchemikalien und Arzneistoff-Zwischenstufen spezialisiert ist.

Weblink zum Thema
Weitere Informationen zur Kombination von Chemo- und Biokatalyse finden Sie auf der Internet-Seite der Uni Bielefeld, bei der Forschungsgruppe von Prof. Dr. Harald Kröger.

(dw)

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