From the Sector

CO₂ as renewable carbon source
Carbon is the main element in numerous materials used in industrial processes and in our daily lives. It is currently mostly provided from fossil sources. But what if carbon could be used directly from CO₂ emissions? Biotechnology shows particularly great potential for the eco-effective conversion of climate-damaging CO₂ emissions into valuable basic chemicals. A consortium of 12 partners investigated this pathway in the EU-funded BioRECO₂VER project, examining the conversion of CO₂ emissions from refineries and the cement industry into the chemical building blocks isobutene (C₄H₈) and lactate (C₂H₆O₃).

Innovative chemo-enzymatic concept for CO₂ Capture
Project partner Luleå University of Technology (LTU) focused on the first process step of capturing and concentrating CO₂ from industrial point sources. Their team developed a hybrid chemo-enzymatic process consisting of a novel solvent blend and an ultrastable carbonic anhydrase (CA) enzyme. The solvent blend included an amino acid ionic liquid and a tertiary amine and displayed a good compromise between enzyme compatibility, absorption rate, capacity and desorption potential. In addition, LTU generated ultrastable enzyme mutants that showed 50% increased resistance to selected flue gas inhibitors compared to the original CA. This 3-component CO₂ capture process was scaled up in a pilot rig, and the set-up further used for real off gas pre-treatment in the project.

Two unique pilots for biotechnological CO₂ Conversion/Utilization
The biotechnological conversion of (captured) CO₂ and the co-substrate hydrogen by microorganisms poses technical and economic challenges because it takes place in the liquid phase and the substrates are gases which are poorly soluble. The BioRECO₂VER project investigated two approaches to address this: fermentation under elevated pressure and bio-electrochemistry with in situ production of hydrogen.

Pressurized fermenter
Project coordinator VITO designed a flexible and multifunctional high-pressure fermenter, customized for research activities with advanced online sensors, monitoring and control, and also including a membrane filtration unit to achieve high concentrations of the microbial biocatalysts. The set-up was broadly tested in the BioRECO₂VER project both with pure CO₂ and CO₂-rich off-gases but can also be used for investigations involving other poorly soluble gases, such as methane, oxygen, or synthesis gas. Pressures up to 10 bar can be applied.

First solely CO₂-based bio-electrochemical platform
University of Girona designed and tested a bio-electrochemical platform. The key differentiators of the pilot plant are:

• Two parallel lines to test engineered strains and bio-electrochemical systems
• Fully automated pilot plant capable to control key operational parameters (pCO₂, pO₂, pH₂, pH, Temperature) to intensify the process performance
• Solid-liquid separation unit (membrane) to recover the planktonic cells and return them into the bio-electrochemical systems.

This unique infrastructure will be used beyond the project to support further research and development activities in the broad area of CO₂ capture and conversion.

Textilien aus Polyester begegnen uns im Alltag überall: beim Sport, im Auto, im Bett. Die Kunstfasern aus Polyester fühlen sich leicht und weich an, sind atmungsaktiv und trocknen schnell. Das Problem: „Polyester nimmt Feuchtigkeit nicht gut auf. Viele Hersteller wünschen sich hydrophilere Fasern, also Polyester, der Feuchtigkeit stärker anzieht und Baumwoll-ähnliche Eigenschaften aufweist“, erklärt Sabrina Kolbe, Wissenschaftlerin am Forschungsinstitut für Textil und Bekleidung der Hochschule Niederrhein.

Sie ist Mitarbeiterin im internationalen Forschungsprojekt „EnzyPol – Verbesserte Oberflächenfunktionalität durch enzymatische Behandlung von biobasierten und konventionellen Polyestern“. Darin erforscht sie gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen in Mönchengladbach und in Österreich, wie mit Hilfe von Enzymen die Hydrophilie von Polyester erhöht werden kann.

Enzyme, also Eiweißmoleküle, sind Teil vieler biotechnologischer Prozesse. Weil sie auf natürliche Weise Produkte veredeln oder als Katalysator Produktionsprozesse beschleunigen können, sind sie für viele Industriebereiche unverzichtbar. „Man kann heute schon Polyester so bearbeiten, dass er hydrophiler wird – aber dabei sind viele Chemikalien im Einsatz. Auch Mikroplastik ist ein Problem, das etwa beim Waschen von Kleidung aus bearbeitetem Polyester in den Wasserkreislauf gerät. Der Einsatz von – wiederverwertbaren – Enzymen auf der Polyester-Oberfläche ist also auch im Sinne der Nachhaltigkeit“, erklärt Sabrina Kolbe.

Welche Enzyme sich für die Bearbeitung des Polyesters eignen, untersuchen in diesem transnationalen „CORNET“-Forschungsprojekt („Collective Research Network“) Wissenschaftler der Universitäten Wien und Innsbruck. „Polyester ist ein künstlicher Stoff und kommt so in der Umwelt nicht vor. Doch es gibt Mikroorganismen, die sich bereits an das immense Vorkommen von Polyester angepasst haben und dieses aufspalten können“, sagt Kolbe. „Beispielsweise wurden Mikroorganismen auf PET-Flaschen gefunden.“ Zudem können die Wissenschaftler entsprechende Enzyme wie etwa Polyesterase auch modifizieren, damit sie Polyesterfasern entsprechend schnell „bearbeiten“.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts „EnzyPol“ wird die Frage sein, an welcher Stelle im textilen Produktionsprozess die Enzyme zum Einsatz kommen. „Es wäre möglich, ganz am Anfang die Fasern entsprechend zu bearbeiten – oder später das fertige Produkt, also beispielsweise ein Shirt“, sagt Sabrina Kolbe. Das CORNET-Projekt läuft über zwei Jahre und hat ein Gesamtvolumen von 633.570 Euro.