Biotechnologie is een van de belangrijkste faciliterende technologieën die duurzame productie van brandstoffen, chemicaliën en materialen mogelijk maken. Ondanks de vooruitgang in genetische en metabole engineering worden verscheidene biogebaseerde processen nog steeds geplaagd door beperkte producttiters en volumetrische productiviteit of er treden nevenreacties op die de opbrengst van het proces verminderen. Daarom zijn er technologische doorbraken nodig om de processen te intensifiëren en het verbruik van energie en hulpbronnen te verminderen. Een daarvan is de combinatie van bioconversieprocessen met scheidingstechnologie. VITO past vaak membraantechnologie toe, omdat het modulair is, selectiviteit kan introduceren, werkt onder milde omgevingsomstandigheden en gemakkelijk kan worden geïntegreerd met bioprocessen.
Jouw voordeel
Overschakelen van (fed-)batch- naar continue bedrijfsvoering
Continue bedrijfsvoering biedt verschillende voordelen, zoals hogere productiviteit door kortere uitvaltijden en idealiter de productie van een meer constante productstroom. Vanuit biologisch oogpunt kan het echter ook de kans op besmetting en instabiliteit of degeneratie van de stam vergroten. Commerciële voorbeelden op ware grootte bewijzen dat deze problemen niet onoverkomelijk zijn als de juiste maatregelen en voorzorgen worden genomen.
Celrecycling en procesvoering bij hoge celdichtheid
Membraanbioreactor (MBR)-concepten die micro- of ultrafiltratiemembranen integreren, brengen een effectieve celscheiding tot stand en combineren reactie en productrecuperatie in één stap. Het koppelen van membranen aan een fermentatieproces maakt het immers mogelijk om microbiële cellen (en enzymen) tegen te houden en geklaarde fermentatiemedia te produceren voor verdere stroomafwaartse verwerking. Bovendien maakt dit het mogelijk om de verblijftijd van de biomassa onafhankelijk van de mediumtoevoer te regelen. Bedrijfsvoering bij hoge celdichtheden is dan mogelijk, wat resulteert in een aanzienlijke verhoging van de productiviteit:
- 10 keer hogere productiviteit (en meer) vergeleken met continue bedrijfsvoering zonder gekoppelde membranen bij volledige substraatconversie
- Productiviteit tot 30 g/L.h aangetoond in gekoppelde opstelling onder industrieel relevante bedrijfsomstandigheden.
In-situ productrecuperatie (ISPR)
Wanneer er in bioprocessen productinhibitie optreedt of onstabiele eindproducten gemaakt worden, kan het voordelig zijn om te investeren in een recuperatietechnologie die selectieve scheiding van het product mogelijk maakt terwijl het tijdens de fermentatie wordt geproduceerd. Dit concept van in-situ productrecuperatie (ISPR) kan productiviteiten en/of opbrengsten verbeteren. De keuze van een geschikte recuperatietechnologie zal afhangen van de eigenschappen van de molecule die moet worden verwijderd en van de omgevingsomstandigheden. Voorbeelden van op membranen gebaseerde scheidingen zijn:
- pervaporatie voor het verwijderen van vluchtige producten
- elektrodialyse voor het verwijderen van geladen moleculen of
- membraancontactor voor (reactieve) extractie van meer apolaire verbindingen
Bewezen voordelen zijn onder meer:
- verrijking van het product (x10), wat leidt tot een daling van de stroomafwaartse verwerkingskosten (-50%)
- verbetering van de volumetrische productiviteit door het verminderen van productinhibitie (x 2,5)
- vermindering van processtromen (afname van de hoeveelheid afvalwater per gewichtseenheid product) (-50%)
- verbeterde opbrengst door het doelproduct uit het fermentatiemedium te verwijderen en het niet beschikbaar te maken voor nevenreacties (x2).
Ons aanbod
Toegang tot gecombineerde knowhow (ontwerp, proof-of-concept, toepasbaarheid, engineering, technisch-economische haalbaarheidsstudies) met betrekking tot 1- geïntegreerde bioconversieconcepten en -processen, 2- optimalisatie en intensifiëring van fermentatieprocessen en 3- membraangebaseerde scheiding.
Toegang tot apparatuur op laboratorium- en pilotschaal.
De apparatuur en expertise van VITO voor de intensifiëring van fermentatieprocessen zijn van belang voor
- bedrijven die hun bestaande processen willen verbeteren
- bedrijven die nieuwe bioconversie- of syntheseroutes ontwikkelen
- bedrijven die actief zijn in de ontwikkeling van biokatalysatoren en die een ontwikkelingspartner voor bioprocessen nodig hebben
- technologieontwikkelaars of -leveranciers
Waarom met Vito samenwerken?
Uitrusting en infrastructuur
- Fermentoren (tot 12 L werkvolume) voor bedrijfsvoering in één- of meertrapsconfiguraties, met of zonder gekoppelde scheidingstechnologie en in (herhaalde) batch-, fed-batch- of continue modus
- Laboratoriumcertificering/vergunning voor werken met ggo's
- Op maat gemaakte flexibele mobiele skids voor validatietesten ter plaatse, met inbegrip van membraaneenheden voor micro-, ultra- en nanofiltratie, organofiele en hydrofiele pervaporatie, en elektrodialyse. Alle skids zijn uitgerust met online metingen voor een goede bewaking, automatisering en bediening vanop afstand.
Expertise en knowhow
- Uniek track record van langdurige bedrijfsvoering van membraanbioreactoren bij hoge celdichtheden en voor in-situ productrecuperatie
- Uitgebreide ervaring met langdurige continue fermentaties, zowel van eerste als tweede generatiegrondstoffen, met zuivere of gemengde culturen, en in één- of meertrapsconfiguraties
- Uitgebreide knowhow inzake ontwerp, engineering, bedrijfsvoering en optimalisatie van fermentatieprocessen gekoppeld aan membraantechnologie
- Gefaseerd traject van proof-of concept naar haalbaarheidsstudies op laboratorium- en pilootschaal
- Technisch-economische beoordeling van resultaten
- Bestaande octrooiportefeuille
