DFI-Magazin lab2industry 2019

Wenn es aus dem Fermenter angenehm nach Rose, Veilchen oder Sandelholz riecht, dann waren die Biotechnologen des DFI wieder erfolgreich am Werk. Ihr Ziel: natürliche Stoffwechselvorgänge aus Pflanzen mit Hilfe von Enzymen und maßgeschneiderten Mikroben nachzustellen und dabei die Synthese von Aroma- und Duftstoffen noch weiter zu optimieren.

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Die Stoffgruppe der Terpene, die auch oft als Isoprenoide bezeichnet werden, umfasst mehr als 70.000 bekannte Substanzen. Viele davon und vor allem deren Gerüche oder Geschmäcker kennen wir aus der Natur, wie das Citrus-Duft vermittelnde Limonen, das Pinen mit dem typischen Nadelwald-Geruch, oder auch Nootkaton als den charakteristischen Aromastoff der Grapefruit. Neben Polyisopren, dem Naturkautschuk, finden sich mit z. B. dem Anti-Krebsmittel Taxol und dem gegen Malaria wirkenden Artemisinin auch viele andere für Menschen unentbehrliche Moleküle unter den Terpenen.

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Wässrige Systeme sind die am häufigsten verwendeten Lösungsmittel in der Biokatalyse. Ein großer Nachteil ist hierbei die hohe Polarität des Wassers, welche in Kombination mit den hydrophoben Eigenschaften vieler Ausgangsstoffe zu einer geringen Substratlöslichkeit in wasserbasierten Reaktionsmedien führt. Daher werden vermehrt sogenannte nichtkonventionelle Reaktionsmedien wie organische Lösungsmittel, ionische Flüssigkeiten der überkritische Fluide als Reaktionsmedien in Biotransformationen untersucht.

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Abläufe und Prozesse an Oberflächen kann man oft erst verstehen, wenn man genau hinsieht. Am DFI steht dabei zum Beispiel die Bestimmung der Bildung von Biofilmen im Fokus der Forschungen von verschiedenen Arbeitsgruppen. Biofilme sind Lebensgemeinschaften von Mikroorganismen (meist Bakterien), die von einer ausgedehnten, überwiegend hydrierten Matrix aus extrazellulärem polymerem Material umgeben sind. Die Biofilme siedeln auf Oberflächen und sind sowohl in der Natur als auch in technischen Systemen weit verbreitet.

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Niedertemperatur-Brennstoffzellen (PEM-BZ) setzen mit Hilfe von Edelmetall-Katalysatoren chemische Energie in elektrischen Strom um und werden für stationäre und mobile Anwendungen weltweit intensiv entwickelt. Als Hauptherausforderungen stehen u. a. die Reduzierung der Katalysatorbeladung und Optimierung der Kohlenstoffträger-Morphologie und -Beständigkeit im Vordergrund.

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Die Ressource Wasser spielt sowohl im Großteil industrieller Prozesse als auch im kommunalen Bereich eine übergeordnete Rolle. So fallen beispielsweise bei der Herstellung von Kunststoffen große Mengen salzhaltiger (NaCl) Prozesswässer an, deren Entsorgung wirtschaftlich und ökologisch eine große Herausforderung darstellt.

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Reibungs- und Verschleißerscheinungen beeinflussen die Lebensdauer technischer Komponenten in vielen Technologiebereichen maßgeblich. So sind vor allem jene Systeme besonders stark betroffen, bei denen metallische Oberflächen unter mechanischer Last in direktem Kontakt zueinander stehen und darüber hinaus während des Betriebs hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind.

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Leichtbau wird immer wichtiger, vor allem im Mobilitätssektor, wo es um Energieeinsparungen durch geringeres Gewicht geht. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist der Einsatz verbesserter Materialien wie z. B. hochfester Stähle, von denen weniger Material gebraucht wird. Die andere Möglichkeit ist der Einsatz von Leichtmetallen wie Aluminium- und Magnesiumlegierungen, wobei sich durch Kombination verschiedener Leichtmetalle in einem Bauteil besonders interessante Anwendungspotenziale eröffnen.

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Erdverlegte Rohrleitungen für z. B. den Transport von Erdgas werden üblicherweise durch eine Kombination aus organischer Umhüllung und kathodischem Korrosionsschutz vor einem Korrosionsangriff geschützt. Trotz jahrzehntelanger Erfahrung kommt es jedoch immer wieder zu Korrosionsschäden dort, wo Rohrleitungen parallel zu oberirdischen Hochspannungsfernleitungen verlaufen.

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