** Wofür steht PHA?
Polyhyroxyalkanoates
*** Was ist Bioplastik?
Ein Kunststoffmaterial, das entweder biobasiert oder
biologisch abbaubar oder beides ist.
*** Was bedeutet biobased?
Das Material oder Produkt wird (teilweise) aus
Biomasse gewonnen.
*** Was bedeutet biodegradable?
Der biologische Abbau ist ein chemischer Prozess, bei dem Mikroorganismen, die in der Umwelt vorhanden sind, vorhandene Materialien in natürliche Stoffe wie Wasser, Kohlendioxid und Kompost umwandeln (künstliche Zusatzstoffe werden nicht benötigt). Der Prozess des biologischen Abbaus hängt
von den umgebenden Umweltbedingungen (z. B. Standort oder Temperatur), vom Material und von der Anwendung ab.
Was sind weitere Beispiele für Bioplastik neben PHA?
PHB (Polyhydrroxybutyrate)
Stärke oder andere natürliche Polymere
Cellulose
PBSA (Poly(butylene succinate –co– butylene adipate))
Was sind Meilensteine in der Geschichte von PHA?
1927: HB in Bacillus megaterium gefunden
1974: Identifizierung von anderen PHAs (PHV, PHHx) in belebtem Klärschlamm
1970: erste Produktion von P(HB-co-HV)
*** Was ist PHA?
- Linearer Polyester, intrazellulär produziert von MOs
- In über 300 Spezies als Energie- und Kohlenstoffspeicher
- Anreicherung ist häufig bei unbalancierten Wachstumsbedingungen ( C ist da, O, N, S, P, Mg nicht, oder weiterer Stress)
» Stress-Schutz für MOs
*** Was macht scl-PHA aus?
short chain length: 3 - 5 C
*** Was macht mcl-PHA aus?
medium chain length: 6 - 14 C
*** Was macht lcl-PHA aus?
long chain length: >14 C
Was sind die weitverbreitetesten PHAa?
- scl homopolymeres
- scl-scl copolymeres
- scl-mcl copolymeres
- mcl-mcl copolymeres
- mcl homopolymeres
*** Wie sieht die generelle Struktur von PHA (Polyhydroxyalkanoate) aus?
H [O/ıR[]/ııO]\OH
Welche Restgruppe hat PHB (Polyhydroxybutyrate)
CH3
Was sind Eigenschaften von Polyhydroxybutyrate?
Strong, Brittle (Spröde), Hohe Schmelztemp. (175 - 180°C)
Was ist der Model-Organismus für PHB (Polyhydroxybutyrate)
Cupriavidus necator H16; nimmt Triglyceride als Kohlenstoffquelle (z.B. Pflanzenöle)
Welche Pathways spielen eine Rolle bei der PHA Synthese?
HV Pathway: HV Biosynthese
Pathway I: HB Biosynthese
Pathway II: Fatty acid degradation
Pathway III: Fatty acid Biosynthesis
*** Was sind Key Enzyme bei der Synthese von PHA?
▪ Ketothiolase (PhaA)
▪ Acetoacetyl-CoA reductase (PhaB)
▪ PHA synthase (PhaC)
▪ Ketothiolase (BktB)
▪ Ketoacyl-ACP reductase (FabG)
▪ Enoyl-CoA hydratase (PhaJ)
▪ Hydroxyacyl-ACP-CoA
transferase (PhaG)
Wie wird Feedstock Klassifiziert?
1st Generation
- Edible biomass (Sugar beet, wheat, corn, potatoes, canola?
➢ „Food vs fuel“, „plate vs plastic“
2nd Generation
- Non-edible biomass (Straw, wood, sawdust, Municipal waste, animal by-products?
3rd Generation
- CO2 as feedstock (Algal biomass (micro- and macroalgae))
4th Generation
- Electrical driven from renewable energies
- Polarized electrodes as electron source
- In the conception phase
Wie sieht die Produktion von PHA an der TU aus und mit welchem MO?
Recombinant C. necator Re2058/pCB113
- Able to produce P(HB-co-HHx)
- Mineral Salt Media, pH controlled, DO controlled
- Nitrogen-limited PHA production
- Initially 10 g L-1 canola oil and 4.5 g L-1 urea
- Formation of initial emulsion
- Constant feeding of 50 g L-1 liquefied WAF
After 72 h:
57 g L-1 CDW
80 wt% P(HB-co-17mol%HHx)
46 g L-1 PHA
→ 0.76 gPHA gWAF-1
→ 0.63 gPHA L-1 h-1
Was ist ein major bottleneck und warum?
Downstream-Prozess
50% der Kosten
Wie kann der Downstream-Prozess bei PHA aussehen?
- lösungsmittelbasiert oder Rückgewinnung durch Zelllyse
- biologische Rückgewinnung möglich (durch Mehlwürmer)
➢ Unterschiedliche Methoden für die Produktion mit einzelnem Organismus oder mikrobieller Mischkultur erforderlich
Ein PFD für Solvent based recovery
gucke nach :) Folie 18
Ein PFD für Cell lysis based recovery
gucken nach :) Folie 19
Wie wird PHB angewendet in der Industrie?
- oft gemischt mit anderen biobasierten Polymeren wie PLA, thermoplastischer Stärke oder anderen synthetischen Polyestern (PBAT)
- Einarbeitung von Zusatzstoffen für bessere Materialeigenschaften
- Lignocellulosen für geringere Kristallinität und Dichte
-Modifiziertes Buchenholzmehl für geringere Kristallinität und höhere Stabilität
- Lignocellulosen für geringere Kristallinität und Dichte
