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Pressemitteilung der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) vom 12.09.2017

structure-353006_1280Wissenschaftler der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) und des französischen geologischen Dienstes BRGM ist es jetzt mit Hilfe von Mikroorganismen gelungen, aus heimischem Kupferschiefer 97 % Kupfer zu lösen. Dafür nutzten sie spezielle Laugungsbakterien, die unlösliche Erzminerale in wasserlösliche Salze umwandeln. Aus den metallreichen Lösungen konnte das Kupfer dann durch biologisch-chemische Ausfällung gewonnen werden.

Das Projekt erfolgte im Labormaßstab, in so genannten „Bioreaktoren“. Nur durch Optimierung der Betriebstemperatur und Wachstumsbedingungen der Bakterien konnte die Kupfer-Ausbeute auf fast 100 % gesteigert werden. Zur Überwachung und Steuerung der Mikroorganismen im Bioreaktor wurden molekulare Methoden weiterentwickelt.

Die Projektergebnisse ermöglichen eine Maßstabsvergrößerung für den Aufbereitungsprozess von Kupferschiefer. Sie wurden in mehreren Artikeln in Fachzeitschriften publiziert und werden auf dem „22. International Biohydrometallurgy Symposium“ im September präsentiert.

Ziel der deutschen und französischen Geowissenschaftler ist es nun, zukünftig im geomikrobiologischen Labor Wertmetalle aus verschiedenen Erzen zu gewinnen.

Das aktuell abgeschlossene BGR-Projekt ist Bestandteil des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten deutsch-französischen Verbundvorhabens „Ecometals“. Dabei geht es um die Entwicklung eines umweltverträglichen, energie- und rohstoffeffizienten Aufbereitungsprozesses für Kupferschiefer.

Weitere Informationen:
Metall-Biolaugung (Biomining) in der BGR: https://www.bgr.bund.de/DE/Themen/Min_rohstoffe/Biomining/biomining_node.html

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Follow us to the year 2040…

It’s harvesting time. After delivering the wheat to the silo, the harvesting machine delivers the straw to the plant that has been temporarily placed next to the farm. After biotechnical and chemical processing, the bio-based plastic granulate is filled and ready for shipment; over the next couple of days, it will be sold via regional shops to the consumers who use it as feed for their 3D printers at home and produce their own goods as required.

Meanwhile, at the industrial site close by, the chemical plant has switched from producing ingredients for the sun-tan lotion to synthesizing anti-freeze agents. Decoupling one module and replacing the downstream processing unit has been a matter of hours. The central software has calculated the required formulations and production parameters, and the individual components have already started to fine-tune their settings in bilateral communications.

F3 Factory Container_kleinVision, forecast or mumbo jumbo? As far-fetched as the scenario may seem, the technological foundations are being laid today: Modularisation and automation are not only taking the process industry to new levels of efficiency, but they will fundamentally change the business models of the chemical and pharmaceutical industry.

The key to the future lies in the combination of automation and modularization. Experts envision different ways on how these two developments interact: Herman Bottenberg, Zeton, is convinced that “for true flexible manufacturing for multi purpose products and when applying the modular approach both hardware and automation has to become 100% modular!” Axel Haller, ABB, says: “Modular and system independent automation is possible. The market will decide if this will be the next step into the future”.

At first sight, the performance improvements that are enabled within existing processes seem more evolutionary than revolutionary. Marc Richter, Renishaw points out the quality improvements by new techniques and the speed-up development cycles of pharmaceuticals. And Marin Valek, GE, adds: “Companies use less than 10% of the information available to be better in operations. Winners will use IIoT technology and data science to get the competitive advantage of having high predictable performance.”

The technological progress opens up two different pathways: One leads from today’s batch-based production to continuous flows. This is more than a change in process – it calls for a different conceptual approach. Alessandra Vizza, Corning: “Mindset change is required to understand that continuous flow processes are no more a new system to test but the tool to be used for cost reduction; safety; environmental impact and innovation. An appropriate solution to fine-tune chemical production needs with world behaviour and epoch constraints.”

On the other hand, modular plants offer high flexibility and the opportunity for customized or even personalized products in small volumes. This entails a fundamental change in business models. Says Mario Bott, Fraunhofer IPA: “Monolith organizational approaches in process industries will struggle to manage the challenges of mass personalization.” Yet, the chances of the necessary transformation are often underestimated.  Mark Talford, BRITEST, says that “much has been done to develop practical modular continuous production technologies, but there is still a challenge to convince decision-makers to invest. As well as new business models, we need tools and guidance to help decision-makers overcome their perceived fears.” The adaptation will certainly be worth it. Dirk Kirschneck, Microinnova, summarizes the opportunities a successful transformation offers: “Industry 4.0 delivers the bridge between the production flexibility and knowledge-based process performance. Industry 4.0 will transform the chemical industry and will lead to a new efficiency level in terms of speed, quality and resources. Radical new business models will push the chemical industry to a new performance level.”

And what is your opinion? Give us your view and discuss with the expert’s quotes and many others at the PRAXISforum “Future of Chemical and Pharmaceutical Production”…

PF Future Production 2017

Print„New records in renewable electricity generation“ – „Wind and solar yesterday covered lion’s share of energy demand” – media and the internet are not short of success messages on renewable energy generation. Peaks in energy supply are so high that up to 5 billion kWh of renewable electricity have to be cut off per year because the grid cannot accommodate it.

At the same time, Germany struggles with meeting its climate goals due to the ongoing emissions from coal power plants that are needed in order to ensure the energy supply on windless nights.

The existing storage capacities such as pumping plants and reservoirs are limited and in Germany almost exhausted. Battery technology is being pushed, but scalability is restricted and the consumer uptake of electric mobility is slow. Moreover, in order to level out summer/winter fluctuation in renewable energy generation, long-term storage is required.

Therefore, researchers and industry are looking for alternatives. “Power-to-X” is one of the hot topics of the day – a vision moving towards application. The basic idea: Unused electricity is used to produce chemicals that can be stored without significant loss and can either be reconverted to energy or used as a basic resource for the chemical industry. This is more than just a technological innovation – it will change businesses and value chains fundamentally, as Jonas Aichinger, Mainzer Stadtwerke AG, explains: „Convergence of previously separated sectors like electricity, gas, mobility and industry link these markets and can be realized through Power-to-X technologies“

The “traditional” conversion path of electricity to energy-rich substances is the electrolysis of water. Hydrogen has multiple potential uses, making it a flexible and versatile energy store, especially as it can – at least to a certain limit – be coupled with existing gas infrastructures. So far, however, the technology is not competitive. Projects such as HYPOS – Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany e.V. are taking up the challenge to find the most cost-efficient pathway and create a showcase by combining technological innovations and existing networks and infrastructure.

“The energy conversion will only succeed with hydrogen”, says Dr. Bernd Pitschak, Hydrogenics GmbH – and hydrogen will play a key role in the ongoing transformation of the energy system. But current “Power-to-X” concepts take the approach one step further: They use renewable electricity to produce not only hydrogen, but by drawing on CO2 as an additional readily available resource, they synthesize methanol or more complex molecules such as synthetic fuels. This could provide the opportunity to kill two birds with one stone: By producing carbon-neutral fuels, greenhouse gas emissions from the mobility sector could be drastically reduced long before the onset of the era of electric mobility.

Even if all passenger cars should one day rely on batteries, there still remains the challenge of heavy-duty vehicles and aviation. Says Benedikt Stefánsson, Carbon Recycling International in Iceland: “Transport presents the most difficult challenge in decarbonization as only certain segments of urban mobility can be electrified with batteries, leaving long-distance driving, heavy goods transport, marine and aviation dependent on liquid transport fuels.“ And Patrick Schmidt, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, adds: “There is a real risk that any efficiency improvements in aviation will be overcompensated by aviation’s growth. For long-term greenhouse gas emission mitigation in aviation the use of sustainable carbon-neutral fuels is indispensable. […] For a robust strategy to manage energy transition in the transport sector a dual approach is required: the electrification of drivetrain/propulsion systems, and the electrification of the primary energy basis of fuels.”

What sounds so easy in theory, however, poses big technological challenges: The conversion of CO2 requires a lot of energy and/or highly sophisticated catalysts. Many chemical companies such as Covestro or BASF are putting a lot of effort in the development of these catalysts – and with success. MicroEnergy follows a different approach, using hydrogen as “feed” for methane-producing microorganisms. Methane, like hydrogen, can be fed into the existing natural gas grid. As Thomas Heller, MicrobEnergy, describes: „Renewable electricity turns into primary energy and has to be integrated into all other energy sectors in order to fulfil decarbonisation targets. This does not consequently lead to an all-electric society, but rather to a high demand of storage systems and sector coupling applications like Power-to-Methane is.“

If these technologies become successful – and experts certainly expect this to happen – an unexpected challenge might arise: So far, CO2 conversion technologies depend on punctual sources. One day, if CO2 conversion is a standard addition to any CO2 emitting plant, CO2 might actually become a scarce resource. The Swiss company Climeworks is setting forth to address this problem: They have developed a technology to capture CO2 from air and are aiming at capturing 1 % of global CO2 emissions from the air by 2025, says Dr. Jan Wurzbacher, Managing Director.

But is the success of Power to X technologies up to engineers and scientists alone? No, say experts almost unequivocally. Dr. Ralph-Uwe Dietrich, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., warns: „Without strong political authority the market introduction of power-to-X will not start.“ And Dr. Max Peiffer, AssmannPeiffer Attorneys, adds: „The current energy legislation does not provide a proper framework for Power-to-X-systems. The legislator needs to implement changes.“ Marcus Newborough,
Development Director, ITM Power plc., points out „the urgent need to place a value on having ‘renewable gas’ in the gas grid and for policymakers to establish a framework that enables the roll out of power-to-gas systems“

Power-to-X technologies require the cooperation of different sectors. The PRAXISforum Power-to-X  brings them together. Be part of this exciting story and join the PRAXISforum Power-to-X (18-19 October 2017, Frankfurt)

Fernsehdokumentation zum „Wunder Biotechnologie“
Was ist Biotechnologie und wo begegnet sie uns im Alltag? Die ntv-Dokumentation „Wunder Biotechnologie –Mikroorganismen leisten Großes“ zeigt, was Biotechnologie bedeutet und wo sie schon heute zum Einsatz kommt. Im Lauf der einstündigen Sendung kommen Experten aus Wissenschaft und Industrie zu Wort. Professor Dr. Jens Schrader, Vorstand des DECHEMA-Forschungsinstituts, beschreibt dabei die Anfänge der Biotechnologie, erläutert die wissenschaftlichen und technischen Herangehensweisen, umreißt die Anwendungsfelder und gibt einen Ausblick auf die noch ungenutzten Möglichkeiten, die sich aus dem Einsatz biotechnologischer Verfahren ergeben. Ergänzt um Anwendungsbeispiele und Eindrücken aus Laboren und Produktionsanlagen vermittel die Sendung allen Interessierten einen guten Überblick über Stand und Potenziale der Biotechnologie.
Die Dokumentation ist kostenfrei zugänglich unter https://www.tvnow.de/ntv/n-tv-dokumentation/wunder-biotechnologie-mikroorganismen-leisten-grosses-2017-08-21-17-08-00

Die neue Ausgabe unsers DFI-Newsletters ist da: Sie stellt die neue Struktur der Institutsleitung vor. Informieren Sie sich außerdem über aktuelle Aktivitäten auf verschiedenen nationalen und internationalen Veranstaltungen und über neu begonnene Forschungsprojekte.
Auch über den Besuch von Schülern im Rahmen der Route der Industriekultur junior und den letzten Stiftungstag wird berichtet.
http://ow.ly/WWk730eo88T

Hält die Kalkulation der künftigen Preisentwicklung stand? Dieser Frage kommt bei Investitionsentscheidungen im Anlagenbau eine große Bedeutung zu. Damit Aussagen dazu nicht ein vager Blick in die Glaskugel bleiben, gibt es seit Jahrzehnten den Chemieanlagen-Baupreisindex der CHEMIE TECHNIK. Dessen Struktur und Aussagekraft ist allerdings in die Jahre gekommen. Der Processnet-Arbeitsausschuss „Cost Engineering“ hat deshalb einen neuen Chemieanlagenindex entwickelt. In einem aktuellen Artikel stellen beteiligte Experten das neue Werkzeug vor: http://ow.ly/LqGs30eiI1B

Nachdem im 1. Teil des Interviews die aktuellen und zukünftigen Märkte im Fokus standen und im 2. Teil vor allem die energetische Nutzung diskutiert wurde, geht es im 3. Teil des Gesprächs mit Dr. Peter Ripplinger um den internationalen Kontext.  Und natürlich geht es um den Bundesalgenstammtisch, der in diesem Jahr sein 10. Jubiläum feiert.

Wie steht die deutsche Algenbiotechnologie im internationalen Vergleich da?

Gerade wir als Anlagenbauer nehmen natürlich war, dass „German Engineering“ international sehr anerkannt ist. Als Technologieanbieter steht Deutschland mit einer Reihe von Firmen recht gut da: Astaxa und bbi-biotech entwickelt die Rohrreaktoren weiter, Phytolutions und Novagreen vermarkten Reaktoren auf Folienbasis, wir bei Subitec bieten Flatpanelreaktoren an. Was Deutschland von den USA oder Südeuropa unterscheidet ist, dass wir im Land keine Anwendung für die Technologie im industriellen Maßstab haben. Die Entwicklung in den USA waren außerdem geprägt durch eine deutlich höhere Verfügbarkeit von Venture Capital: Die Volumina pro Runde betrugen zum Teil das Zehnfache von dem, was ein deutsches Unternehmen einwerben kann. Dazu kamen massive Förderprogramme im Bereich Biofuels.

Spanien, Portugal oder Frankreich haben mit Fisch- oder Austernzucht traditionelle Abnehmer für Algen. Dieser direkte Marktzugang erleichtert die  Weiterentwicklung und Anwendung. Deutschland hat dagegen nur den relativ kleinen Markt von Nahrungsergänzungsmitteln und Kosmetik.

Dazu kommt, dass aufgrund der klimatischen Verhältnisse in Deutschland die industrielle Produktion nur in eingeschränktem Maßstab denkbar ist. Wenn wir über Winter produzieren wollen, brauchen wir ein Gewächshaus mit Nutzung von Restwärme von Biogasanlagen oder ähnliches. Für hochpreisige Algenbiomasse mag das sinnvoll sein, aber bei Futtermitteln für die Aquakultur brauchen Sie hektargroße Anlagen und die werden in frostfreien Gebieten stehen, also rund ums Mittelmeer, vielleicht auch in Saudi-Arabien. Eine Zusammenarbeit mit anderen Ländern im Bereich der industriellen Massenproduktion, bei der sich Deutschland in der Rolle des Technologieanbieters bewegt, ist daher absolut notwendig. Interessante Nischen im Inland sind hochpreisige Produkte und geschlossene Aquakultur-Systeme, beispielsweise für die Shrimps- oder Edelfischzucht.

Wie ist es um die Forschungsförderung bestellt?

Grundsätzlich müsste die Algenbiotechnologie in Deutschland stärker gefördert werden. Vor einigen Jahren gab es mehrere Förderinitiativen durch die FNR, DBU und staatliche Förderprogramme , aber mir sind derzeit keine Folgeprojekte in dieser Richtung bekannt. Als KMU haben wir deshalb keine Möglichkeit, uns mit nationalen Fördermitteln weiter zu entwickeln. Auf EU-Ebene gibt es einige Projekte für die stoffliche Nutzung von Mikroalgen, beispielsweise im Rahmen der Biobased Industries Initiative; auf nationaler Ebene würden wir uns mehr Unterstützung wünschen.

Bei der Entwicklung einer Technologie für den industriellen Maßstab müssen wir ein ganzes Bündel von Fragestellungen bearbeiten – beginnend bei der Biologie: Wir haben nach wie vor sehr wenige gut erforschte Algenstämme – hier besteht noch großes Optimierungspotenzial. Bei Omega-3-Fettsäuren beispielsweise unterscheidet sich die Produktivität der einzelnen Stämme gewaltig. Dieser Forschungsbereich muss weiter gefördert werden, um die vorhandenen Algenstammsammlungen gezielt auf bestimmte Produkte hin zu screenen, um herauszufinden, ob man die Produktivität aus der Biologie des Systems heraus erhöhen kann. Dazu kommt der mögliche Einsatz gentechnisch optimierter Stämme; das ist eine politische Frage, die beispielsweise in den USA anders beantwortet wird als in Deutschland.

Auch bei der Weiterentwicklung und Optimierung der bestehenden Produktionssysteme sind wir zwar ein großes Stück vorangekommen, aber noch lange nicht am Ziel.

Was ist das Besondere am Bundesalgenstammtisch?

Wir hatten uns von Anfang an vorgenommen,  nicht in Konkurrenz zur wachsenden Zahl internationaler Algenkonferenzen zu treten, sondern ganz gezielt die deutschsprachige Community zu vernetzen und alle Player von der interessierten Industrie über aktive KMUs bis hin zu den Forschergruppen an einen Tisch zu bringen. Das ist uns gut gelungen. Wir haben es zudem immer geschafft, auch ein aktives Algenprojekt zu präsentieren. Es sieht ganz so aus, als sei der Bundesalgenstammtisch eine gesetzte Veranstaltung für alle, die im deutschsprachigen Bereich mit Algen zu tun haben, und ich nehme mit Stolz wahr, dass er bisher jedes Jahr gewachsen ist. Momentan knüpfen wir verstärkt Kontakte in die Schweiz und nach Österreich, um die Vernetzung zwischen den drei Ländern zu verstärken.

Was für mich den Bundesalgenstammtisch ausmacht: Der „Stammtisch“; man trifft gute alte Bekannte, kann gerne auch mal etwas intensiver diskutieren, und spätestens beim Get-Together kann man sich mit dem Stammpublikum und allen Interessierten in Ruhe austauschen.

Weitere Informationen und die Anmeldung zum 10. Bundesalgenstammtisch am 11. und 12. September 2017 in Merseburg unter http://dechema.de/algen2017.html