PHA

Question 1

** Wofür steht PHA?

Answer 1

Polyhyroxyalkanoates

Question 2

*** Was ist Bioplastik?

Answer 2

Ein Kunststoffmaterial, das entweder biobasiert oder
biologisch abbaubar oder beides ist.

Question 3

*** Was bedeutet biobased?

Answer 3

Das Material oder Produkt wird (teilweise) aus
Biomasse gewonnen.

Question 4

*** Was bedeutet biodegradable?

Answer 4

Der biologische Abbau ist ein chemischer Prozess, bei dem Mikroorganismen, die in der Umwelt vorhanden sind, vorhandene Materialien in natürliche Stoffe wie Wasser, Kohlendioxid und Kompost umwandeln (künstliche Zusatzstoffe werden nicht benötigt). Der Prozess des biologischen Abbaus hängt
von den umgebenden Umweltbedingungen (z. B. Standort oder Temperatur), vom Material und von der Anwendung ab.

Question 5

Was sind weitere Beispiele für Bioplastik neben PHA?

Answer 5

PHB (Polyhydrroxybutyrate)
Stärke oder andere natürliche Polymere
Cellulose
PBSA (Poly(butylene succinate –co– butylene adipate))

Question 6

Was sind Meilensteine in der Geschichte von PHA?

Answer 6

1927: HB in Bacillus megaterium gefunden
1974: Identifizierung von anderen PHAs (PHV, PHHx) in belebtem Klärschlamm
1970: erste Produktion von P(HB-co-HV)

Question 7

*** Was ist PHA?

Answer 7

• Linearer Polyester, intrazellulär produziert von MOs
• In über 300 Spezies als Energie- und Kohlenstoffspeicher
• Anreicherung ist häufig bei unbalancierten Wachstumsbedingungen ( C ist da, O, N, S, P, Mg nicht, oder weiterer Stress)
  » Stress-Schutz für MOs

Question 8

*** Was macht scl-PHA aus?

Answer 8

short chain length: 3 - 5 C

Question 9

*** Was macht mcl-PHA aus?

Answer 9

medium chain length: 6 - 14 C

Question 10

*** Was macht lcl-PHA aus?

Answer 10

long chain length: >14 C

Question 11

Was sind die weitverbreitetesten PHAa?

Answer 11

• scl homopolymeres
• scl-scl copolymeres
• scl-mcl copolymeres
• mcl-mcl copolymeres
• mcl homopolymeres

Question 12

*** Wie sieht die generelle Struktur von PHA (Polyhydroxyalkanoate) aus?

Answer 12

H [O/ıR[]/ııO]\OH

Question 13

Welche Restgruppe hat PHB (Polyhydroxybutyrate)

Answer 13

CH3

Question 14

Was sind Eigenschaften von Polyhydroxybutyrate?

Answer 14

Strong, Brittle (Spröde), Hohe Schmelztemp. (175 - 180°C)

Question 15

Was ist der Model-Organismus für PHB (Polyhydroxybutyrate)

Answer 15

Cupriavidus necator H16; nimmt Triglyceride als Kohlenstoffquelle (z.B. Pflanzenöle)

Question 16

Welche Pathways spielen eine Rolle bei der PHA Synthese?

Answer 16

HV Pathway: HV Biosynthese
Pathway I: HB Biosynthese
Pathway II: Fatty acid degradation
Pathway III: Fatty acid Biosynthesis

Question 17

*** Was sind Key Enzyme bei der Synthese von PHA?

Answer 17

▪ Ketothiolase (PhaA)
▪ Acetoacetyl-CoA reductase (PhaB)
▪ PHA synthase (PhaC)
▪ Ketothiolase (BktB)
▪ Ketoacyl-ACP reductase (FabG)
▪ Enoyl-CoA hydratase (PhaJ)
▪ Hydroxyacyl-ACP-CoA
transferase (PhaG)

Question 18

Wie wird Feedstock Klassifiziert?

Answer 18

1st Generation
- Edible biomass (Sugar beet, wheat, corn, potatoes, canola?
➢ „Food vs fuel“, „plate vs plastic“
2nd Generation
- Non-edible biomass (Straw, wood, sawdust, Municipal waste, animal by-products?
3rd Generation
- CO2 as feedstock (Algal biomass (micro- and macroalgae))
4th Generation
- Electrical driven from renewable energies
- Polarized electrodes as electron source
- In the conception phase

Question 19

Wie sieht die Produktion von PHA an der TU aus und mit welchem MO?

Answer 19

Recombinant C. necator Re2058/pCB113
- Able to produce P(HB-co-HHx)

• Mineral Salt Media, pH controlled, DO controlled
• Nitrogen-limited PHA production
• Initially 10 g L-1 canola oil and 4.5 g L-1 urea
• Formation of initial emulsion
• Constant feeding of 50 g L-1 liquefied WAF

After 72 h:
57 g L-1 CDW
80 wt% P(HB-co-17mol%HHx)
46 g L-1 PHA
→ 0.76 gPHA gWAF-1
→ 0.63 gPHA L-1 h-1

Question 20

Was ist ein major bottleneck und warum?

Answer 20

Downstream-Prozess
50% der Kosten

Question 21

Wie kann der Downstream-Prozess bei PHA aussehen?

Answer 21

• lösungsmittelbasiert oder Rückgewinnung durch Zelllyse
• biologische Rückgewinnung möglich (durch Mehlwürmer)
  ➢ Unterschiedliche Methoden für die Produktion mit einzelnem Organismus oder mikrobieller Mischkultur erforderlich

Question 22

Ein PFD für Solvent based recovery

Answer 22

gucke nach :) Folie 18

Question 23

Ein PFD für Cell lysis based recovery

Answer 23

gucken nach :) Folie 19

Question 24

Wie wird PHB angewendet in der Industrie?

Answer 24

• oft gemischt mit anderen biobasierten Polymeren wie PLA, thermoplastischer Stärke oder anderen synthetischen Polyestern (PBAT)
• Einarbeitung von Zusatzstoffen für bessere Materialeigenschaften
  
  • Lignocellulosen für geringere Kristallinität und Dichte
    -Modifiziertes Buchenholzmehl für geringere Kristallinität und höhere Stabilität

Question 25

*** Was sind mögliche Anwendungen von PHA?

Answer 25

• Melt extrusion
• Injection molding
• 3D printing
• Electrospinning
• Biomedical applications (sutures, drug delivery, stents, nerve conduits)

Question 26

Kann PHA in allen Umgebungen biologisch abgebaut werde?

Answer 26

Ja, aber es gibt starke Abweichungen
- Am besten in: AD
- Am schlechtesten in: Marine Umgebung
- Abhängig von: Temperatur, Nährstoffverfügabrkeit, Location im Wasser