SchuPlaHolz - Machbarkeitsstudie_ 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 fast ausschließlich Chemikalien, die umweltschädliche und gesundheitsgefährdende Wirkstoffe enthalten. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines nachhaltig aus natürlich vorkommenden, pflanzlichen Sekundärmetaboliten produzierten biobasierten Schutzmittels für Holzwerk-stoffe.
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 spezielle Wirkung der Pflanzenextrakte und insbesondere Oleanolsäure wurde im Rahmen des abgeschlossenen Projektes (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des BMWI Förderkennzeichen: KF2049810SA2) bereits nachgewiesen.
Vielversprechende Ergebnisse der Voruntersuchungen stellen die Grundlage für das aktuelle Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines biobasierten Schutzmittels mit Hilfe der biotechnologischen Produktion von Pflanzenwirkstoffen dar.
Geplanter Produktionsprozess zur Herstellung eines biobasierten Schutzmittels für Holzwerkstoffe an den Professuren für Bioverfahrenstechnik (BVT) sowie Holztechnik und Faserwerkstofftechnik (HFT).
Im Rahmen der Sondierungsphase soll der Fokus auf der Produktentwicklung des biobasierten Schutzmittels und dessen Herstellungskosten liegen. Ausgehend von den bisherigen Untersuchungen im Labormaßstab soll im Rahmen der Sondierungsphase evaluiert werden, wie die beschriebenen Prozesse in einen großtechnischen Maßstab überführt werden können und wie ein marktfähiges Produkt entwickelt werden kann. Das Ziel der geplanten Arbeiten besteht in der Entwicklung eines nachhaltig produzierten biobasierten Schutzmittels mit Hilfe pflanzlicher in vitro Kulturen im geschlossenen Bioreaktorsystem. Mit Hilfe der Kultivierung von Pflanzenzellen im geschlossenen Bioreaktorsystem kann eine nachhaltige und ganzjährige Produktion von pflanzlichen Sekundärmetaboliten mit gleichbleibender Qualität und Quantität unabhängig biotischen und abiotischen Umweltfaktoren gesichert werden. Im Hinblick auf die zunehmende Verknappung fossiler Rohstoffe und den Umweltschutz ist das angestrebte biotechnologische Herstellungsverfahren weitaus nachhaltiger, als die chemische Synthese und es entstehen keine toxischen Abfallprodukte.
Eine Kommerzialisierung derartiger Verfahren scheitert teilweise noch an der geringen Wirkstoffausbeute. Unter Anwendung einer gezielten Elizitierungsstrategie und optimierter Prozessführung kann die Syntheseaktivität der pflanzlichen Kulturen enorm gesteigert und somit ein industriell wirtschaftliches Verfahren ermöglicht werden. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Pathogenabwehr in der Pflanzenzelle, sowie die Wechselwirkung zwischen Pflanzenzelle und Pathogen. Hierfür stellen Untersuchungen zu optimalen Kultivierungsbedingungen der Pflanzenzellen und der Pilzkulturen einen genauso wesentlichen Bestandteil, wie die Identifizierung von Substanzen bzw. Faktoren mit elizitierender Wirkung im Pilzkulturfiltrat dar. Des Weiteren müssen die Prozessführungs- und Aufarbeitungsverfahren hinsichtlich der Erhöhung der Ausbeute an pflanzlichen Sekundärmetaboliten optimiert sowie ein Verfahrens- und Anlagenkonzept für die großtechnische Umsetzung des Produktionsprozesses erarbeitet werden.
Projektfinanzierung:
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Förderkennzeichen: 031B0691
Projektleiterin:
© Mann
Scientist
NamePD Dr.-Ing. habil. Juliane Steingroewer
Head of Plant- and Algaebiotechnology
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Projektmitarbeiterin:
© Mann
Project researcher on parental leave
NameDr.-Ing. Julia Emmermacher
Plant biotechnology, Development of modular bioreactors
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Kooperationspartner:
TU Dresden
Fakultät Maschinenwesen
Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. André Wagenführ
http://www.tu-dresden.de/hft
Projektlaufzeit:
01.10.2018 – 30.09.2019