Plasma für Bioökonomie

Wir erforschen und entwickeln neuartige, physikalisch basierte Verfahren zur Gewinnung wertvoller Inhaltsstoffe aus marinen Organismen, Mikroben und Pflanzenbiomasse – mit Anwendungen beispielsweise in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie, sowie in der Energiegewinnung. Im Fokus stehen sanfte, effiziente und umweltfreundliche Technologien, die klassische Lösungsmittel- und energieintensive Prozesse ersetzen oder ergänzen.

Der Einsatz kalter physikalischer Plasmen eröffnet neue Möglichkeiten zur Freisetzung Molekülen wie Pigmenten, Polyphenolen oder Polysacchariden. Durch kontrollierte Plasmabehandlung lassen sich Zellwände öffnen, ohne dass aggressive Chemikalien nötig sind. Vorteile sind gesteigerte Ausbeuten, kürzere Prozesszeiten, geringere Rückstände und die Chance, neue funktionelle Derivate zu erzeugen, die für Farb-, Wirkstoff- oder Texturierungszwecke in Lebensmitteln und Kosmetika interessant sind.

Zur effizienten Umwandlung von Biomasse setzen wir auf die Kombination aus Ultraschall und Mikrowellenplasma. Ultraschall bewirkt intensive Kavitation und mechanische Aufschlusswirkung, während Mikrowellenplasmen thermisch und nicht-thermisch wirksame Reaktionen unterstützen. Diese Synergie erhöht die Verfügbarkeit organischer Substrate, beschleunigt die Vergärung und kann die Methanbildung in Biogasanlagen deutlich verbessern. Das Ergebnis sind kürzere Verweilzeiten, höhere Energieeffizienz und bessere Prozessstabilität bei der Biogasproduktion.

Gepulste elektrische Felder (PEF) und gezielte Plasmabehandlungen ermöglichen die gezielte Beeinflussung von Wachstum, Differenzierung und Stoffwechsel mariner Mikroalgen, Bakterien und Hefen. Durch Dosierung von Feldstärke, Pulsdauer und Frequenz lassen sich Zellpermeabilität, Stressantworten und Sekundärstoffwechsel so steuern, dass die Bildung gewünschter Metaboliten gefördert oder unerwünschte Organismen selektiv gehemmt werden. Diese Strategie eignet sich sowohl zur Optimierung der Rohstoffproduktion in Bioreaktoren als auch zur Qualitätskontrolle in Produktionsprozessen.

Eine leistungsfähige Analytik ist integraler Bestandteil unserer Arbeit. Wir nutzen modernste Methoden wie LC–MS/MS, GC–MS, Raman-/ XPS-/ UV-vis-Spektroskopie oder hochauflösende Mikroskopie, um Veränderungen auf molekularer Ebene präzise zu erfassen. Diese Instrumente erlauben nicht nur die Identifikation und Quantifizierung von Zielverbindungen, sondern auch die Prozessüberwachung, Qualitätskontrolle und das Aufzeigen von Optimierungspotenzialen.

Unsere Projekte werden praxisnah in enger Abstimmung mit Industriepartnern aus Lebensmittel-, Kosmetik- und Energiebranche sowie in Kooperation mit Hochschulen und Forschungseinrichtungen umgesetzt. Gemeinsam realisieren wir Pilotversuche, skalieren Verfahren und bearbeiten Fragen der Wirtschaftlichkeit.