Auslegung und Betrieb von Rührkesselbioreaktoren unter erhöhtem Reaktordruck

Die ausreichende Sauerstoffversorgung aerober Fermentationsprozesse ist noch immer eine der Kernaufgaben der Bioverfahrenstechnik. Eine große Anzahl von Problemen in der industriellen Bioprozessentwicklung ist auch heute noch mit dem Auftreten einer Sauerstofflimitierung verknüpft. In den letzten Jahrzehnten wurden viele Anstrengungen unternommen diese Limitierung zu umgehen und den Sauerstofftransport zu erhöhen. Die zu diesem Zweck am häufigsten eingesetzten Verfahren sind die Verwendung spezieller Begasungssysteme (z. B. Frings TRG) und die Verwendung von sauerstoftangereicherter Begasungsluft. In den letzten Jahrzehnten gewann, zumindest in der akademischen Forschung, der Einsatz sogenannter Sauerstoffvektoren zunehmend an Bedeutung. Unter all diesen Verfahren wurde auch die Erhöhung des Reaktordruckes erfolgreich zur Verbesserung der Sauerstoffversorgung eingesetzt. Doch trotz der vielversprechenden Möglichkeiten dieses Verfahrens wird der Reaktordruck heutzutage sehr selten als wichtiger Prozessparameter in der Bioprozessentwicklung wahrgenommen. In dem vorliegenden Manuskript „Auslegung und Betrieb von Rührkesselbioreaktoren unter erhöhtem Reaktordruck“ sind die Grundlagen für eine Bioprozessentwicklung erarbeitet worden, bei welcher der Reaktordruck als verfahrenstechnischen Parameter mit einbezogen wird. Durch die Erhöhung des Reaktordruckes soll die Sauerstoffeintragsrate (OTR) gesteigert und damit eine Sauerstofflimitierung der Mikroorganismen verhindert werden. Es soll jedoch nicht der Sauerstoffpartialdruck in der Kulturflüssigkeit über das übliche Maß hinaus erhöht werden, da dies zum einen nicht notwendig und wirtschaftlich ist, und zum anderen ein hoher Sauerstoffpartialdruck (poz> 1 bar) auf Mikroorganismen toxisch wirken kann. Infolge der Druckerhöhung wird jedoch nicht nur der Sauerstoffeintrag, sondern auch die gelöste Menge an COz im Kulturmedium erhöht. Dies kann bei Mikroorganismen, die auf hohe CO2-Partialdrücke sensibel reagieren, hemmend auf das Wachstum wirken. Bei derartigen biologischen Systemen ist ein erhöhter Reaktorinnendruck nicht sinnvoll. Ziel der Promotion war es, die Änderung der Kultivierungsbedingungen infolge des Reaktordruckes verfahrenstechnisch zu beschreiben und Aussagen zu gewinnen, bei welchen Prozessen eine Fermentation unter erhöhtem Druck vorteilhaft ist.