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Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens zur Fixierung von N2

Projektleitung
Bochmann Günther, Projektleiter/in
Laufzeit:
01.09.2017-30.04.2022
Programm:
Research Studios Austria
Art der Forschung
Experimentelle Entwicklung
Mitarbeiter*innen
Fuchs Werner, Sub-Projektleiter/in
Gabauer Wolfgang, Projektmitarbeiter/in
Beer Bianca, Projektmitarbeiter/in
Abbasi Hosseini Seyed Mohsen, Projektmitarbeiter/in (bis 31.12.2019)
Fischer Isabel, Projektmitarbeiter/in (bis 30.04.2022)
Berndorfer Lisa, Projektmitarbeiter/in (bis 31.01.2021)
Ramos Ann Laisa, Projektmitarbeiter/in (bis 31.12.2021)
Baran Funda, Projektmitarbeiter/in (bis 14.02.2022)
Ergal Ipek, Projektmitarbeiter/in (bis 31.05.2021)
Aldinger Jasmin, Projektmitarbeiter/in (bis 31.12.2021)
Beteiligte BOKU-Organisationseinheiten
Institut für Umweltbiotechnologie
Gefördert durch
FFG - Forschungsförderungsgesellschaft, Sensengasse 1, 1090 Wien, Österreich
Abstract
Das Haber-Bosch Verfahren ist ein sehr energieintensives Verfahren zur Synthese von Ammoniak. Bei Temperaturen von 400-500°C und 250-350°C wird aus N2 und H2 Ammoniak gebildet. Derzeit werden für diesen Prozess ca. 1,4 % des weltweiten Gesamtenergiebedarfs eingesetzt, bzw. ist der Prozess für 3-5% des globalen CO2 Ausstoßes verantwortlich. Die Produkte aus dem Prozess finden überwiegend als Dünger in der Landwirtschaft Anwendung.
Ziel des Research Studios ist die Entwicklung und Etablierung eines mikrobiologischen Verfahrens zur Fixierung von N2 zu Ammoniak bzw. Proteine. Somit soll ein sehr energieintensiver Prozess durch ein mikrobiologisches Verfahren mit geringerem Energiebedarf ersetzt werden. Die Entwicklung des biotechnologischen Prozesses werden die verschiedenen Disziplinen Mikrobiologie, Reaktortechnik und Prozesstechnik miteinander verknüpft. Zu Beginn des Projektes wird eine Auswahl unterschiedlicher Organismen aus der Domäne der Archaeen und der Prokaryoten, die im Anaeroben N2 fixieren und Ammonium bilden können, getroffen. Bei den Archaeen werden Methanobacterium und bei den Prokaryoten werden Cyanobakterien und Rhizobien in diese Untersuchungen einbezogen. Im ersten Schritt (TRL 1+2) erfolgt die Erhebung der entsprechenden Organismen sowie deren Potentiale, Umsatzraten sowie der jeweiligen Prozessbedingungen durch Literaturrecherche und Versuche in Batchkulturen im Labormaßstab. Ausgehend von den Ergebnissen erfolgt die verfahrenstechnische Auslegung und die Prozessentwicklung der Reaktoren für die kontinuierlichen Prozesse (TRL 3) zur Gewinnung von Ammoniak. In einem ersten Upscaling-Prozess (TRL 4) werden die biotechnologischen Prozesses Mikrobiologie, Reaktortechnik und Stickstoffentfernung im Labormaßstab miteinander verknüpft. Nach einem weiteren Upscaling (TRL 5) wird eine Anlage im Technikumsmaßstab hergestellt, um weitere Optimierungsmaßnahmen durchführen zu können sowie um auch größere Mengen an Proteinen bereitstellen zu können.
Schlagworte
Agrarbiotechnologie;
Archaea; Bakterien; Bioreaktor; mikrobiologische Stickstofffixierung;
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