INOFEA Nanobiocatalyst (Development of a sustainable production method for a nanobiocatalyst highly active toward complex organic compounds such as micropollutants and ligno-cellulosic biomass)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 419.15.12
• Projekttitel Englisch: INOFEA Nanobiocatalyst (Development of a sustainable production method for a nanobiocatalyst highly active toward complex organic compounds such as micropollutants and ligno-cellulosic biomass)

Schlüsselwörter (Deutsch)

Abwasserreinigung, Nanobiocatalyst, Nano, Nanopartikel, Abwasser, Mikroverunreinigungen, Enzyme, Nanomaterial

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die bestehenden Methoden der Abwasserreinigung brauchen für den Abbau von  Mikroverunreinigungen hohe Mengen an Energie. Im Rahmen des Projekt LANCE, UTF 277.02.09, wurde untersucht ob Enzyme auf Nanopartikeln fixiert werden können um Mikroverunreinigungen aus dem Abwasser effizient zu entfernen. Es wurde gezeigt, dass dies funktioniert.

 

Die INOFEA GmbH, eine Spin-OFF der FHNW, hat sich auf die Produktion der Nanobiocalatysts (NBC) GREENofea,  ein immobilisiertes Laccase Enzym  auf einem Nanomaterial, spezialisiert. Durch dieses spezifische nano-immobilisierte Enzym wird eine hohe und nachhaltige Enzymaktivität im Hinblick auf den Abbau von organischen Mikroverunreinigungen und Lignocellulose-Biomasse erreicht.

 

Im vorliegenden Projekt soll untersucht werden ob die Herstellung der nano-immobilisierten Enzymen, im industriellen Massstab wirtschaftlich realisiert werden kann.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1     Die Ausgangsmaterialien zur Herstellung von nano-immobilisierten Enzymen sind bekannt (Meilenstein 1).

 

2     Die Parameter zur Herstellung von nano-immobilisierten Enzymen sind bekannt (Meilenstein 2).      

3     Der Prozess zur Herstellung von nano-immobilisierten Enzymen ist validiert.

 

4     Das beste Herstellverfahren zur Produktion von nano-immobilisierten Enzymen ist bekannt (Meilenstein 3).

 

5     Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 4

 

6     Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

 

7    Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Optimierung eines Verfahrens für die Herstellung von nano-immobilisierten Enzymen im industriellen Massstab (Charge von 100 kg).

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

The economy of biocatalytic  processes can be improved by enzyme reuse and the strengthening of enzyme stability by means of immobilization technologies. lnteresting new developments in enzyme immobilization and applications thereof have been recently reported, particularly in the field of environmental technologies (i.e. wastewater treatment, water purification, biomass conversion, resource recovery, de-pollution, etc.). However, the production of immobilized  enzymes at industrial scale is still a challenge. lmprovements of one immobilization technique in order to produce a robust so called "Nanobiocatalyst"  using nanostructured material as support material have been recently published (Hommes et al., 2012). The overall objective was to develop a sustainable process for the energy and resource efficient nanobiocatalyst production at multi kilo-scale. After the implementation of all improvements to the protocol published by Hommes et al. (2012}, it is now possible to produce the nanobiocatalyst (the GREENofea product)  at multi-kilo scale. Compared to the state of the art immobilization process the optimized way of production saves time, raw material (over 80%), energy (99%) and water (over 90%), making it possible to produce 30 kg of our nanobiocatalysts per day at reduced cost and environmental footprint.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

We proceeded with the evaluation of three major aspects of the production. First, the starting materials (modifier, cross-linker, support  material,  enzymes)  had  to be  selected  using  different  assessment criteria (i.e. price, environmental impact, treatability, risks associated with product and treatment, etc.)
Second, evaluation of the treatment conditions (temperature, time, additives, etc.) had to be performed and a Iist of optimal treatment conditions for nanobiocatalyst production at multi kilo-scale were prepared. Third, the evaluation of the process design itself for the nanobiocatalyst production at multi kilo-scale (i.e. capacities, diversity, disk, etc.) and a ranking Iist of different possible processes were drafted. Once the evaluation was performed, a first batch at multi-kilo-scale was produced according to the process scheme selected. Thereby, energy- and resource demand were measured for the whole process in order to define entrapments of the process regarding eco-efficiency.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Based on the drastic improvements of the first scale-up step, the company will now implement the nanobiocatalyst in industrial applications to demonstrate its performance to pilot customers. This will refine the requirements for the product and possibly the need to co-immobilize various enzymes in the same batch. We are also looking at the possibility of submitting a patent to protect the innovative production methodology.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

-