TUMCS | Thomas Höfer | 25.05.2022
Dr. Ben A. Johnson
Bild: Jan Winter / TUM
Die chemische Industrie von Morgen muss zu immer nachhaltigeren und ressourcenschonenden Synthesemethoden wechseln. Hierbei werden biokatalytische Kaskaden eine wichtige Rolle spielen. Damit sind Ketten von aufeinanderfolgenden Umwandlungsschritten gemeint, welche durch die Nutzung biologischer Katalysatoren, den Enzymen, sowohl eine hohe Ausbeute als auch besonders komplexe Umwandlungen ermöglichen. Dabei arbeiten Enzyme meistens unter milden und damit ressourcen- und energieschonenden Bedingungen. Jedoch haben Sie auch einen besonderen Nachteil, Sie brauchen spezielle Moleküle damit Sie die entsprechenden Reaktionsschritte durchführen können. Die großtechnische Produktion dieser Moleküle negiert allerdings die Vorteile der biokatalytischen Kaskaden. Daher ist es wichtige diese innerhalb des Reaktionsreaktors zu regenerieren. Dies kann auch durch Enzyme ermöglicht werden, welche bei der Regeneration Wasserstoff als Energieträger verbrauchen. Solch ein Reaktionsablauf benötigt sowohl anaerobe, sauerstofffrei, als auch aerobe, sauerstoffreiche, Bedingungen in ein und denselben Gefäß.
Ob und inwieweit dies durch ein bestimmtes Reaktor- oder Reaktionsdesign möglich ist, wird Dr. Ben Johnson im Rahmen seines Marie Curie Postdoctoral Fellowship „ReLay: Enabling Incompatible Tandem Reactions through Spatial Separation of Reaction Layers“ untersuchen. Er erforscht Möglichkeiten, biokatalytische Reaktionskaskaden mit erneuerbarem und CO2-freien H2 anzutreiben. Mit Hilfe der Kontinuumsmodellierung will er Bedingungen vorhersagen, die räumlich getrennte anaerobe und aerobe Bereiche innerhalb eines einzigen katalytischen Partikels erzeugen. Dieser theoretische Rahmen wird es ermöglichen, dass scheinbar unvereinbare O2-empfindliche und O2-abhängige Reaktionen gemeinsam ablaufen und den Einsatz der erneuerbaren H2-Biotechnologie erleichtern.