Biofertigung:Wie die Biologie die Fertigung in die Zukunft treibt

Die Bioherstellung ist heute eine der faszinierendsten Technologien auf dem Vormarsch, nicht zuletzt, weil sie ein bisschen paradox ist:Die Bioherstellung treibt unglaubliche, beispiellose technologische Fortschritte an. Dies alles wird durch naturbasierte Werkzeuge wie Fermentation, Enzyme und Mikroorganismen angetrieben – einige der ältesten und elementarsten Prozesse, die wir kennen.

Die biotechnologische Herstellung verwendet diese Prozesse anstelle von traditionellen synthetischen, energieintensiven Prozessen, die zur Herstellung von Produkten wie Kunststoff, Gummi, Nylon usw. verwendet werden. Im weiteren Verlauf dieses Artikels werden wir uns den Bioherstellungsprozess genauer ansehen – einschließlich spezifischer Produktionsfunktionen und Branchen, auf die sich dies auswirken könnte, sowie die Vorteile der biotechnologischen Fertigung.

Ein genauerer Blick:Details zum Bioherstellungsprozess

Die Bioherstellung beruht auf natürlich vorkommenden Prozessen und Reaktionen, um einen Output zu erzeugen – wie zum Beispiel ein Material, ein Produkt oder eine Chemikalie, um nur einige zu nennen – die normalerweise durch einen synthetischen Prozess hergestellt würden. Im weitesten Sinne basiert fast jede Herstellung auf der Verwendung von Energie, wie beispielsweise Wärme, um die Form von etwas zu verändern. Es reduziert diesen Energiebedarf enorm zugunsten der Produktion durch natürliche Reaktionen.

Unglaublicherweise ist der biologische Prozess, auf dem fast die gesamte Bioherstellung basiert, ein ziemlich verbreiteter – die Fermentation. Bei der Fermentation werden natürlich vorkommende Mikroorganismen und Enzyme verwendet, um Reaktionen durchzuführen. Es ist die Quelle einiger unserer am weitesten verbreiteten Lebensmittel wie Brot und Bier. Die Funktionen und Möglichkeiten der Fermentation sind kein Geheimnis, da das Verfahren seit Tausenden von Jahren angewendet wird.

Während Hersteller nach Wegen suchen, ihre Margen zu erhöhen, die Nachhaltigkeit zu steigern und die Produktivität zu erneuern, haben Forscher und Ingenieure jedoch neue und kreative Wege gefunden, Fermentation für die Herstellung zu nutzen.

Einige der Prozesse, an denen die Bioherstellung beteiligt sein kann, sind wie folgt:

• Rohstoffproduktion, darunter Kunststoffe, Papier und Textilien
• Chemische Produktion mit Fermentation zur Entwicklung von Seifen, Waschmitteln und mehr
• Energiegewinnung, Stromerzeugung aus Biomasse
• Anreicherung und Verbesserung von Lebensmitteln durch natürliche Prozesse im Gegensatz zu Zusatzstoffen und Konservierungsmitteln

Im nächsten Abschnitt werden wir einen breiteren Blick auf die Branchen werfen, die von diesen Funktionen betroffen sind.

Bioherstellung in allen Branchen

Aufbauend auf den oben beschriebenen Beispielen wirkt sich die Biofertigung bereits auf eine Vielzahl von Branchen aus; diese Wirkung ist gut positioniert, um sich auszuweiten.

Einige dieser Branchen sind:

• Bauen und Bauen: Neben den oben beschriebenen Fermentationsbeispielen wird es in der Bauindustrie hauptsächlich auf zwei Arten verwendet:
  • Biozementation: Verwendet Mikroorganismen, um Zement stärker zu machen
  • Bioremediation: Verwendet Mikroorganismen, um giftige Substanzen in solche aufzuspalten, die sicher zu entsorgen sind

• Elektronik: Präsentiert spannende Möglichkeiten in der Herstellung elektronischer Komponenten – einschließlich flexibler gedruckter Schaltungen und Berührungssensoren sowie interner und externer Gehäusekomponenten. Biotech ist in der Lage, hauchdünne, flexible, kunststoffähnliche Materialien und Schaltkreise zu einem Bruchteil der Energiekosten herkömmlicher Materialien herzustellen – was wichtige Innovationen in der Elektronikfertigung antreibt.
• Verbraucherprodukte: Wird zur Herstellung aller Arten von Konsumgütern verwendet – z. B. Schönheitsartikel, Kunststoffprodukte und -komponenten, Nylon, Textilien, Papier und mehr. Der Einsatz biotechnologischer Verfahren in diesen Bereichen kann große Vorteile bei der Kosten- und Abfallreduzierung bringen.
• Lebensmittelherstellung: Die Grundlage des Fermentationsprozesses – Enzym- und Mikroorganismenreaktion – hat in der gesamten Lebensmittelherstellung eine ständig wachsende Palette von Anwendungen gefunden. Dies beinhaltet:
  • Anreicherung mit Vitaminen und Aminosäuren
  • Änderungen zur Verbesserung der Verdauung
  • Antimikrobielle Mittel, die die Haltbarkeit und Sicherheit von Lebensmitteln ohne künstliche Konservierungsstoffe verlängern können
• Pharmazeutika: Die Bereiche Pharma und Medizin sind natürliche Fits für die Biotechnologie. Die Industrie hat mit zahlreichen Anwendungen wie der Herstellung von Medikamenten und Impfstoffen, antibakteriellen Mitteln und der kontrollierten Produktion von Molekülen nach Bedarf reagiert. Am aufregendsten ist vielleicht das Potenzial, Gewebe und sogar Organe nach Bedarf durch einen „3D-Druck“-ähnlichen Prozess herzustellen, wodurch perfekte individuelle Passformen für einzelne Patienten geschaffen werden.

Vorteile der Bioherstellung

Abschließend werden wir einige der Hauptvorteile untersuchen, die die Bioherstellung bietet – jetzt und in Zukunft:

• Reduzierung des Energieverbrauchs: Wie in diesem Artikel erwähnt, ersetzt die Bioherstellung energieintensive Prozesse durch natürlich vorkommende Prozesse, die oft nur Sonnenlicht und eine kontrollierte Umgebung erfordern, um eingeleitet zu werden. Prozesse wie die kontinuierliche Bioherstellung – bei denen Prozesse nach einer anfänglichen Katalyse kontinuierlich ablaufen – erhöhen die Energie mit einem Minimum an Überwachung weiter. Geringerer Energieverbrauch und geringere Kosten kommen der Umwelt sowie Herstellern und Verbrauchern zugute.
• Mehr Innovation: Die Fortschritte, die wir sehen, stellen aufregende neue Grenzen dar – überall, von der Elektronik in unseren Taschen bis hin zu medizinischen Entwicklungen, die sich auf die öffentliche Gesundheit weltweit auswirken können. Die Möglichkeiten dieser Technologie – zusammen mit dem minimalen Energieverbrauch, der für Forschung und Tests erforderlich ist – bieten unseren besten Köpfen den idealen Ausgangspunkt für Innovationen in zahlreichen Branchen und Anwendungen.
• Nachhaltigkeit: Neben einem geringeren Energieverbrauch sind biotechnologisch hergestellte Materialien und Produkte einfacher und sicherer zu recyceln und zu entsorgen. Die langfristige Nachhaltigkeit der Bioherstellung kann möglicherweise viele der aktuellen Probleme der Abfallentsorgung und giftiger Stoffe lösen.

Biomanufacturing ist heute wahrhaftig eine der aufregendsten Entwicklungen in der Fertigung, mit ihren vielen offensichtlichen Anwendungen und Vorteilen. Es ist nur bereit, weiter voranzukommen.