SchuPlaHolz - Biobasiertes Schutzmittel aus Pflanzenzellkultur für Holzwerkstoffe

Holz zählt zu den wichtigsten nachwachsenden Rohstoffen. Holzschutzmittel tragen zum Schutz und zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Werkstoffes gegenüber Schadorganismen, wie z. B. Schimmelpilzen, bei. Die meisten derzeitig erhältlichen Schutzmittel zur Behandlung von Holzwerkstoffen sind Chemikalien, die umweltschädliche und gesundheitsgefährdende Wirkstoffe enthalten. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines nachhaltig aus natürlich vorkommenden, pflanzlichen Sekundärmetaboliten produzierten Schutzmittels für Holzwerkstoffe.

Mit Hilfe der Kultivierung von Pflanzenzellen im geschlossenen Bioreaktorsystem kann eine ganzjährige Produktion von pflanzlichen Sekundärmetaboliten mit gleichbleibender Qualität und Quantität unabhängig von biotischen und abiotischen Umweltfaktoren gesichert werden. Im Hinblick auf die zunehmende Verknappung fossiler Rohstoffe und den Umweltschutz basiert das angestrebte biotechnologische Herstellungsverfahren auf nachwachsenden Rohstoffen und es entstehen keine toxischen Abfallprodukte.

In vorangegangenen Untersuchungen an der Professur für Bioverfahrenstechnik der TU Dresden wurde bereits ein biotechnologisches Verfahren mit pflanzlichen in vitro Kulturen im Labormaßstab entwickelt. Durch gezielte Elizitation mit Pilzfiltrat, bei der die natürlichen Abwehrmechanismen der Pflanzenzellen stimuliert werden, konnten die Raum-Zeit-Ausbeuten deutlich gesteigert werden. Die hydrophobierende und fungizide Wirkung der Pflanzenextrakte und insbesondere Oleanolsäure wurde im Rahmen des abgeschlossenen Projektes (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des BMWI Förderkennzeichen: KF2049810SA2) bereits nachgewiesen.

Diese erfolgsversprechenden Ergebnisse der Voruntersuchungen stellen die Grundlage für das aktuelle Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines biobasierten Schutzmittels mit Hilfe der biotechnologischen Produktion von Pflanzenwirkstoffen dar.

© Grothkopp

In der einjährigen Sondierungsphase 2018/2019 lag der Fokus auf der Produktentwicklung des biobasierten Schutzmittels und dessen Herstellungskosten. Ausgehend von den bisherigen Untersuchungen im Labormaßstab wurde evaluiert, wie die beschriebenen Prozesse in einen großtechnischen Maßstab überführt werden können und wie ein marktfähiges Produkt entwickelt werden kann. Eine Kommerzialisierung von Verfahren mit Pflanzenzellkulturen scheitert teilweise noch an der geringen Wirkstoffausbeute.

Die Machbarkeitsphase hat zum Ziel unter Anwendung und Weiterentwicklung der bereits erprobten Elizitierungsstrategie und Optimierung der Prozessführung, die Syntheseaktivität der pflanzlichen Kulturen zu steigern und somit ein industriell wirtschaftliches Verfahren zu ermöglichen. Außerdem müssen die Substanzen mit elizitierender Wirkung im Pilzkulturfiltrat identifiziert werden und deren Produktion durch optimale Kultivierungsbedingungen der Pilzkulturen gezielt gesteigert werden. Unter Nutzung der Erkenntnisse wird ein Verfahrens- und Anlagenkonzept für die großtechnische Umsetzung des Produktionsprozesses erarbeitet.

Projektfinanzierung:

Bundesministerium für Bildung und Forschung  

Förderkennzeichen: 031B0929A

Projektleiterin:

© Mann

Scientist

Name

PD Dr.-Ing. habil. Juliane Steingroewer

Head of Plant- and Algaebiotechnology

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Projektmitarbeiterin:

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Project researcher on parental leave

Name

Dr.-Ing. Julia Emmermacher

Plant biotechnology, Development of modular bioreactors

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Ideenwettbewerb „ Neue Produkte für die Bioökonomie“

Kooperationspartner:
TU Dresden
Fakultät Maschinenwesen
Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. André Wagenführ
http://www.tu-dresden.de/hft

Projektlaufzeit:

01.04.2020 – 31.03.2022