Biotechnologische Verfahren werden zunehmend für die Synthese von Wert- und Wirkstoffen aus erneuerbaren Ressourcen eingesetzt. Hierbei werden mithilfe einzelner Enzyme oder ganzer Mikroorganismen verschiedenste biobasierte Verbindungen hergestellt. In solchen Verfahren können eine Vielzahl von Mikroorganismen – beispielweise Pilze oder Bakterien – verwendet werden, die sich aufgrund der unterschiedlichen Lebensräume deutlich in ihrer Lebensweise unterscheiden. Während sogenannte chemotrophe Mikroorganismen ihre Energie zum Beispiel durch die Oxidation von chemischen Verbindungen gewinnen, verwenden phototrophe Organismen das Sonnenlicht als Energiequelle für ihre Stoffwechselprozesse. So fangen Mikroalgen und phototrophe Bakterien Licht mit geeigneten Farbstoffen wie etwa dem Chlorophyll ein und wandeln es in chemische Energie um. Durch diese besondere Fähigkeit eröffnen phototrophe Mikroorganismen neue Möglichkeiten bei der Entwicklung nachhaltiger und umweltfreundlicher Produktionsprozesse.

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Ressourceneffizient, emissionsarm, nachhaltig, wettbewerbsfähig und trotzdem flexibel, die Herausforderungen denen sich die Bioökonomie stellen muss sind beachtlich. Schon vor elf Jahren wurden am Forschungszentrum Jülich und den Universitäten Bonn, Düsseldorf und Aachen die Weichen gestellt für die Transformation zu einer nachhaltigen Bioökonomie. Im September 2010 wurde das Bioeconomy Science Center (BioSC) gegründet. Mittlerweile hat sich das BioSC zu einem Kompetenzzentrum entwickelt, in dem zahlreiche Innovationsansätze erarbeitet worden sind.

Bei all diesen Entwicklungen spielen Computermodelle eine immer größere Rolle, um die Wettbewerbsfähigkeit von biobasierten Verfahren zu steigern. Mit ihrer Hilfe gelingt es, komplexe biologische und technische Prozesse präzise vorherzusagen und damit zu optimieren. Dies gilt insbesondere für den Betrieb von Bioraffinerien. Ihre Wirtschaftlichkeit hängt maßgeblich vom Nutzungsgrad der hier verarbeiteten nachwachsenden Rohstoffe sowie deren effektiver Umwandlung in neue Wertstoffe ab. Im Rahmen des BioSC-Projektes „BeProMod“ entstand eine digitale Bioraffinerie, welche optimale Betriebsstrategien in Anlagen mit hoher Modularität und wechselndem Eingangsmaterial abbilden kann.

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