Weiterentwicklung eines Bioprozess-Simulators

In der Biotechnologie fehlten bislang geeignete Werkzeuge zur Prozesssimulation. Denn hier stehen absatzweiser Betrieb, unkonventionelle Verfahrensschritte, fehlende Stoffdaten, unbekannte Substanzen und nicht-lineare Prozesse im Mittelpunkt der Produktion. All dies lässt sich mit der vorhandenen Software nicht simulieren. Der Branche fehlt mithin ein Werkzeug für die Erstellung von Massen- und Energiebilanzen, für effiziente Kostenrechnung oder für die Optimierung der Verfahrensalternativen biotechnologischer Herstellprozesse. In einem früheren Projekt hatten INOSIM und die damaligen Forschungspartner nachgewiesen, dass die Simulation biotechnologischer Prozesse nicht nur grundsätzlich möglich, sondern auch erfolgversprechend ist. Modelle für die Massen- und Energiebilanzierung der vorhandenen Prozessschritte konnten implementiert werden. Daneben wurde ein qualitativ-quantitatives Datenmodell mitsamt einer Schnittstelle zur Modellierungsumgebung entwickelt. Der im Projekt entwickelte Simulator ermöglichte im Probebetrieb die Identifizierung von Schwachstellen im biotechnologischen Herstellprozess. Die dadurch initiierten Veränderungen am Produktionsprozess führten zu deutlicher Ausbeutesteigerung und verringertem Ressourcenverbrauch.

Aufbau einer Modellbibliothek

Es hatte sich aber auch gezeigt, dass für einen industriellen Einsatz des neuen Werkzeugs noch Grundlagen fehlten. Daher zielte das neue Projekt auf die Erstellung einer vollständigen Modellbibliothek. Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt waren Methoden zur Dimensionierung der Verfahrensschritte und für die darauf aufbauende Kostenrechnung und Prozessoptimierung.

Das zu entwickelnde Werkzeug wurde an zwei industriellen Prozessen der Biotechnologie erprobt: Zum einen simulierte ein Prototyp beim Projektpartner Planton GmbH einen Prozess zur Herstellung antimikrobieller Peptide; zum anderen setzte der Projektpartner Bayer Technology Services GmbH das Tool für einen Herstellprozess aus dem aktuellen Projektportfolio ein. Die Grundlagenforschung zum Projekt stammte von verschiedenen Lehrstühlen an der Fakultät für Bio- und Chemieingenieurwesen der Technischen Universität Dortmund.

Das Projekt begann im Herbst 2008 und wurde im Herbst 2011 erfolgreich abgeschlossen. Die Förderung erfolgte durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms CLIB2021. Projektname: Innovative Methoden und Technologien für das Downstream-Processing, Projekt 5 ‚INOSIM Bio‘, Förderkennziffer 0315377.

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