Die Technologie zur Herstellung von Minerv-PHATM besteht aus einer Reihe von aufeinander folgenden Teilprozessen, die es ermöglichen, die in landwirtschaftlichen Nebenprodukten vorkommenden Kohlenstoffquellen in Polyhydroxyalkanoate (PHA) umzuwandeln - Moleküle, die durch ihre Eigenschaften dazu geeignet sind, viele aus fossilen Ressourcen gewonnene Kunststoffe auf dem Markt zu ersetzen und sich auf ganz besondere Art von herkömmlichen Kunststoffen unterscheiden: sie sind nämlich biologisch abbaubar.
Polyhydroxyalkanoate (PHA) sind wie andere Biokunststoffe in der Kompostierungsphase biologisch abbaubar, aber nicht nur: sie bauen sich auch mithilfe der Stoffwechselaktivität der natürlich in der Umwelt vorkommenden Mikroorganismen im freien Gewässer ab und zeichnen sich dadurch durch eine ganz besondere Eigenschaft aus.
Die Technologie von Bio-on wurde so konzipiert, dass der ökologische und biologische Charakter der Polyhydroxyalkanoate (PHA) beibehalten und gefördert wird.
Es gibt zwei Produktplattformen:
Polyhydroxybutyrat (PHB)
Polyhydroxybutyrat-valeriat-valeriat (PHBVV)
Die beiden Produktplattformen weisen wesentlich verschiedene Eigenschaften auf, die es ermöglichen, herkömmliche, biologisch nicht abbaubare Kunststoffe aus fossilen Ressourcen zu ersetzen.
Tatsächlich handelt es sich bei den PHBVV um einen Familie von Molekülen, die in der Flexibilität entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Anwendung modifiziert werden können.
Die Teilprozesse sind:
a. a) Gärung (Up-Stream-Phase)
b. b) Rückgewinnungs- und Reinigungsphase (Down-Stream-Phase)
a) Gärung
Der Gärungsprozess beruht auf einem bakteriellen Mikroorganismus des Stamms Ralstonia eutropha, der die Fähigkeit hat, durch Metabolisierung von Kohlenstoffquellen Polyhydroxyalkanoat (PHA) zu erzeugen.
Die dabei verwendeten Kohlenstoffquellen können unterschiedlicher Natur sein, beispielsweise:
Nebenprodukte der Zuckerrübenindustrie
Nebenprodukte der Zuckerrohrindustrie
Glycerin oder Pflanzenöl aus der Biodieselproduktion
Öle und Fette verschiedenen Ursprungs
Die erste Wachstumsphase begünstigt den Anstieg der bakteriellen Biomasse (d.h. der vorhandenen Zellen). Für dieses Ziel:
- stellen wir alle Nährstoffelemente bereit, die notwendig sind, damit sich der Mikroorganismus innert kürzest möglicher Zeit vermehren kann;
- kontrollieren wir die Verfahrensparameter (pH, Temperatur und Druck), um ein optimales Umfeld für ein rasches Wachstum zu erzeugen;
- steigern wir die Anzahl aufeinanderfolgender pflanzlicher Wachstumsphasen in der Gäranlage mit dem Ziel, die produktive Phase von der unproduktiven Phase des Biomassenwachstum zu entkoppeln.
Der verwendete Mikroorganismus ist vollständig frei von Pathogenität und deshalb stellt die Produktionsstätte kein Risiko für die Angestellten oder die Anwohner dar.
Die wesentlichen Zwecke der Gärung sind:
- ertragreiche Stoffumwandlung des Substrats in Polyhydroxyalkanoate (PHA);
- hohe Ausbeute von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) pro Zeiteinheit.
Wie oben erwähnt, bestehen produktive Phasen, die aus zeitlicher Sicht keinen Einfluss auf die Produktionsrate haben, da sie in einer Parallelphase zur eigentlichen fermentativen Herstellungsphase verlaufen. Zu diesen Hilfsphasen zählen:
- Wachstum des Mikroorganismuses in den vegetativen Phasen im Kolben und in der Gäranlage;
-Sterilisierungsverfahren des Nebenprodukts, das als Kohlenstoffquelle dient;
- Vorbereitung der Nährflüßigkeiten für den bakteriellen Stoffwechsel.
Nach Abschluss des Gärvorganges wird die reichhaltige Polyhydroxyalkanoat-Brühe abgeschöpft, um die Gäranlage für die nachfolgenden Phasen zu entkoppeln. Diese wird nach Entnahme der Gärbrühe gereinigt, aufbereitet und sterilisiert und so für die Verabreichung des nächsten, im Vorhinein präparierten Inokulums vorbereitet.
b) Rückgewinnung und Reinigiung
Im Zusammenhang mit der Synthese ist die Rückgewinnng (recovery) auf dem Gebiet der Gärung ein Fachbegriff und bedeutet, dass das zu verarbeitende Molekül aus dem gesamten Gemisch der Gärbrühe extrahiert werden muss, bis ein hochgradig reines Rohprodukt erreicht wird, das in der Reinigungsphase solange aufbereitet wird, bis ein marktfähiges Produkt vorliegt.
Nach Abschluss des Vorgangs weist der Mikroorganismus eine Biomasse auf, die bis zu 80% aus Polyhydroxyalkanoaten (PHA) besteht. Diese befinden sich in den Zellwänden. Aus diesem Grund gehört die Reinigungsphase in der Bio-on Technologie zu jener Familie von Vorgängen, bei denen die Extraktion zur Zerstörung der Zelle führt. Die anderen 20% der Biomasse bestehen aus Proteinen, Plasmamembranen und allgemeinen zytoplasmischen Bestandteilen, die mit standardmäßigen Reinigungsverfahren behandelt werden.
Der Vorteil der Bio-on Technologie besteht an erster Stelle darin, dass sie es erlaubt, den ökologischen Charakter beizubehalten und, an zweiter Stelle, dass bei ihr der biologische Ursprung der im Vorgang enthaltenen und verwendeten Kohlenstoffquellen gewährleistet ist und keine organischen Lösungsmittel, beispielsweise Chloroform oder Aceton, verwendet werden. Diese verursachen nämlich eine hohe Umweltbelastung und stellen einen maßgebenden Kostenfaktor im Herstellungsverfahren dar.