Aufarbeitung
Die Produktgewinnung in biotechnologischen Prozessen kann bis zu 80 % der gesamten Herstellkosten verursachen und ist somit für die Wirtschaftlichkeit der Verfahren von entscheidender Bedeutung. Ziel der Plattform ist die Bereitstellung eines Werkzeugkastens, der für den Entwurf biotechnologischer Aufarbeitungsverfahren Methoden für deren vorhersagende Berechnung und für eine zuverlässige Maßstabsvergrößerung zur Verfügung stellt.
Koordinator:* Prof. Dr.-Ing. Gerhard Schembecker
Industrielle biotechnologische Herstellprozesse werden sehr häufig aus dem kleinen Labormaßstab heraus entwickelt. Dabei bezieht sich ein Großteil der Entwicklungsarbeiten auf den Bereich der Stammentwicklung und der Definition optimaler Reaktionsbedingungen. Im Bereich der Stammoptimierung (Upstream) existieren bereits systematische Methoden zur zielgerichteten Steigerung der Produktivität. Dagegen wird der Downstream-Prozess oft isoliert von der biotechnologischen Umsetzung schrittweise und rein empirisch durch experimentelle Untersuchung einer Vielzahl denkbarer Trennverfahren ermittelt. Entwicklern biotechnologischer Prozesse fehlt dadurch oft das Gefühl, wie sich Entscheidungen für oder gegen bestimmte Aufarbeitungsschritte und deren Reihenfolge auf die Gesamtbilanz des Prozesses auswirken. Gleiches gilt für die Sensitivität des Downstream-Prozesses in Bezug auf veränderte Reaktionsbedingungen (z. B. pH-Wert oder Salzkonzentration). Das Augenmerk der Prozessentwickler richtet sich sehr oft nur auf die Maximierung der Ausbeute des gerade von ihnen bearbeiteten singulären Schrittes und lässt die Integration in den Gesamtprozess unberücksichtigt. Auch nach Aufnahme der Produktion liegen oft noch keine verlässlichen Massen- und Energiebilanzen vor, wodurch mögliches Optimierungspotential ungenutzt bleiben muss.
Dieser Entwicklung möchte die Plattform "Aufarbeitung" mit einem Werkzeugkasten entgegenwirken und so die ganzheitliche Bioprozessentwicklung unterstützen. Die Plattform soll die folgenden Technologien und Methoden vorhalten:
- Messung von Stoff- und Gemischdaten in komplexen Systemen und deren Modellierung
- Modellierung der Massen- und Energiebilanz sowie Kostenrechnung für ganze Herstellverfahren
- Systematische Methoden für den konzeptionellen Entwurf von Downstreamprozessen auf Basis heuristischer Regeln und chemisch-physikalisch-biologischer Daten.
- Analytische und präparative Trennoperationen und deren Modellierung (Kristallisation, Chromatographie, Extraktion, Membranverfahren, Trocknung etc.)
- Sichere Methoden zur modellgestützten Maßstabsvergrößerung
*Prof. Dr.-Ing. Gerhard Schembecker ist seit 2005 Leiter des Lehrstuhls für Anlagen- und Prozesstechnik im Fachbereich Bio- und Chemieingenieurwesen der Universität Dortmund. Prof. Schembecker hat an der Universität Dortmund Chemietechnik studiert, auf dem Gebiet der Expertensysteme promoviert und sich nach einem Forschungsaufenthalt an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh, USA, auf dem Gebiet der Prozesssynthese habilitiert. Die Forschungsschwerpunkte von Prof. Schembecker umfassen den konzeptionellen Entwurf und die Simulation von Downstream-Prozessen mit experimentellem Fokus auf Chromatographie und Kristallisation.