Untitled - Aachener Verfahrenstechnik
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legung von Reaktoren und integrierten Enzymprozessen.<br />
Dabei bildet die Modellierung der Reaktionskinetik<br />
den Ausgangspunkt für das quantitative<br />
Verständnis, und somit Voraussetzung für<br />
die Möglichkeit zum Design von enzymkatalysierten<br />
Prozessen. Eines der Projekte, in denen<br />
Abb.7: Forschungsfelder der Enzymprozesstechnik<br />
alle Aspekte Berücksichtigung finden, ist im<br />
Exzellenzcluster „Maßgeschneiderte Kraftstoffe<br />
aus Biomasse“ angesiedelt und wird im Folgenden<br />
kurz vorgestellt:<br />
Charakterisierung der durch ionische Flüssigkeiten<br />
unterstützten enzymatischen Cellulose<br />
Hydrolyse<br />
In dem Projekt „Charakterisierung der durch ionische<br />
Flüssigkeiten unterstützten enzymatischen<br />
Cellulose Hydrolyse“ wird die Hydrolyse von Lignocellulose<br />
durch Cellulasen zur Biokraftstoffherstellung<br />
erforscht. Die Lignocellulose ist aufgrund<br />
ihrer kristallinen Struktur sehr beständig<br />
gegen jegliche Form des Abbaus. Daher ist eine<br />
effiziente Vorbehandlung für die nachfolgende<br />
enzymatische Hydrolyse von Lignocellulose notwendig.<br />
Eine mögliche Vorbehandlungsmethode<br />
ist das Auflösen von Cellulose, Hemicellulose<br />
und Lignin in ionischen Flüssigkeiten. Sowohl<br />
die direkte Hydrolyse in der ionischen Flüssigkeit<br />
als auch die heterogene Hydrolyse von Cellulose<br />
nach Ausfällen aus der ionischen Flüssigkeit<br />
erhöhen deutlich die Wirksamkeit des enzy-<br />
matischen Abbaus der Lignocellulose. Für eine<br />
optimale Prozessentwicklung ist ein mechanistisches<br />
Verständnis der homogenen und heterogenen<br />
multi-enzymatischen Hydrolyse notwendig.<br />
Aus diesem Grund wurde ein Enzymreaktionsmodell,<br />
das auf Populationsbilanzen basiert,<br />
entwickelt und in die Software Predici implementiert.<br />
Dieses Modell berücksichtigt die Kettenlängenverteilung<br />
der Cellulosemoleküle (CLD) und<br />
die durchschnittliche Partikelgröße. Die wichtigsten<br />
experimentell beobachteten Phänomene<br />
wurden erfolgreich simuliert:<br />
• die Synergie verschiedener Cellulasen,<br />
• die starke Abhängigkeit der Hydrolyserate<br />
von der Enzymadsorption an die verfügbare<br />
Celluloseoberfläche.<br />
Die gewünschte Zunahme der Celluloseoberfläche,<br />
die durch die Simulation vorausgesagt wurde,<br />
kann durch die Auflösung in ionischen Flüssigkeiten<br />
und selektive Fällung erreicht werden.<br />
Durch diese Vorbehandlung wurden die Umsätze<br />
der regenerierten Cellulose aus Fichte deutlich<br />
erhöht. Zudem wurde der ungelöste Holzrückstand<br />
zugänglicher für die enzymatische Hydrolyse.<br />
Durch die bisherigen Forschungsergebnisse<br />
konnten bereits höhere Umsätze des enzymatischen<br />
Celluloseabbaus für die zukünftige<br />
Produktion von maßgeschneidertem Biokraftstoff<br />
erzielt werden.<br />
Abb.8: AVT.EPT im Oktober 2010<br />
11 Enzymprozesstechnik Rührkessel - Die AVT im Blick
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