AT513162B1 - Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes mit Mikroorganismen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes mithilfe vonMikroorganismen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Mikroorganismen, die eineGlykokalix ausbilden, gezüchtet werden, wonach die Mikroorganismen geerntet werden,worauf aus den geernteten Mikroorganismen die Glykokalix von den übrigen Zellrestenabgetrennt wird und die so gewonnene Glykokalix mit zumindest einem weiteren Materialgemischt wird, um das Produkt zu bilden, wobei die gewonnene Glykokalix optional vordem Mischen in Verbindungen gespalten werden kann.

Description

ifctesrelösäCÄS fiSteiäfSt AT513 162B1 2014-05-15

Beschreibung

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BAUSTOFFES MIT MIKROORGANISMEN

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes mithilfe von Mikroorganismen.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung einen mit einem derartigen Verfahren hergestellten festen Baustoff.

[0003] Schließlich betrifft die Erfindung Verwendungen von Bestandteilen, die aus Mikroorganismen isoliert werden.

[0004] In der Herstellung von Baumaterialien, aber auch Materialien für tägliche Konsumgüter wie Verpackungsmaterialien besteht gegenwärtig ein erhebliches Interesse, neue Materialien zu finden, die sich durch eine hohe Umweltverträglichkeit auszeichnen und insbesondere durch ökologische Verfahren gewonnen werden können.

[0005] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Mikroorganismen zur Herstellung diverser Produkte einzusetzen. Eine Verwendung von Mikroorganismen selbst bzw. deren Bestandteile zur Herstellung eines Produktes wie eines Baustoffes wird dabei allerdings kaum in Betracht gezogen.

[0006] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem in einem ökologischen Verfahren feste Materialien mit verschiedenen Einsatzbereichen gewinnbar sind.

[0007] E in weiteres Ziel ist es, entsprechend hergestellte feste Materialien anzugeben sowie Verwendungen derselben darzustellen.

[0008] Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art Mikroorganismen, die eine Glykokalix ausbilden, gezüchtet werden, wonach die Mikroorganismen geerntet werden, worauf aus den geernteten Mikroorganismen die Glykokalix von den übrigen Zellresten abgetrennt wird und die so gewonnene Glykokalix mit zumindest einem weiteren Material gemischt wird, um den Baustoff zu bilden, wobei die gewonnene Glykokalix optional vor dem Mischen in Verbindungen gespalten werden kann.

[0009] Die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass durch Züchtung von Glykokalix ausbildenden Mikrorganismen und anschließende Abtrennung bzw. Gewinnung der Glykokalix ein exzellentes Material zur Verfügung steht, das in einem weiteren Schritt mit einem weiteren Material gemischt wird, um schließlich den Baustoff zu bilden. Je nach Art des weiteren Materials können dabei Materialeigenschaften abgestimmt werden. Dabei werden die Eigenschaften der Glykokalix ausgenutzt, mit welchem die Mikroorganismen üblicherweise an Gestein oder dergleichen haften. Die Glykokalix weist eine Vielzahl von Bindungsstellen auf, mit welchen eine Kopplung an eine Oberfläche möglich ist. Dies gilt auch, wenn die Glykokalix aus den Mikroorganismen isoliert ist. Optional besteht auch die Möglichkeit, die Glykokalix vor dem Mischen mit dem weiteren Material in insbesondere niedermolekulare Verbindungen zu spalten, z. B. durch Hydrolyse im sauren pH-Bereich, um Materialeigenschaften abzustimmen bzw. zu optimieren. Als niedermolekulare Verbindung werden solche mit bis zu 35 Kohlenstoffatomen verstanden, wobei es sich um beliebige organische Verbindungen oder Salze davon handeln kann.

[0010] Im Rahmen der Erfindung werden üblicherweise fototrophe bodenlebende Mikroorganismen eingesetzt. Dabei können die Mikroorganismen in einem Wasserbett gezüchtet werden, das bevorzugt mit einem Verdunstungsschutz überdeckt wird. Dabei haben sich Temperaturen von 10 °C bis 30 °C für die Züchtung der Mikroorganismen als zweckmäßig erwiesen. Die Anzucht der Mikroorganismen erfolgt in der Regel unter aeroben Bedingungen bei einem pH-Wert von 8,5 bis 9,5. Bei der Züchtung kann auch vorgesehen sein, dass den Mikroorganismen während des Züchtens C02 zugeführt wird. 1/17 [0011] Besonders bevorzugt ist es, dass die gezüchteten Mikroorganismen beim Ernten mit Seilen aus einem Zuchtmedium geführt und anschließend einer Sedimentation unterworfen werden. Eine Ernte mit Seilen ist besonders effizient, weil dabei beispielsweise über ein Seil mit hydrophilen Fasern ein kapillarer Austrag der Biomasse bzw. gezüchteten Mikroorganismen erfolgen kann, die anschließend über Sedimentation nahezu vollständig abtrennbar sind.

[0012] Es ist nicht zwingend, kann aber vorgesehen sein, dass die geernteten Mikroorganismen getrocknet werden. Dies erlaubt es, die Mikroorganismen zwischenzeitlich zu lagern und später zu verarbeiten.

[0013] Günstig ist es, wenn die Glykokalix durch Vorfermentation und anschließende Ultraschallbehandlung von den Zellresten abgetrennt wird. Bei der Vorfermentation erfolgt unter Sauerstoffausschluss durch Enzyme, insbesondere Glykosidasen, eine erste Hydrolyse bzw. ein „Anwelken“ bzw. Lockern der Glykokalix, welche die Zellwand der Protoplasten umgibt. Durch anschließende Ultraschallbehandlung kann dann die Glykokalix von den übrigen Zellresten (Protoplasma und Zellwand) abgetrennt werden.

[0014] Die Vorfermentation erfolgt dabei bevorzugt anaerob bei einem pH-Wert von 5,5 bis 7,5. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass einem nach der Vorfermentation vorliegenden Gemisch vor der Ultraschallbehandlung ein oder mehrere Detergenzien beigemengt werden. Dies erleichtert eine Abtrennung der Glykokalix während der Ultraschallbehandlung.

[0015] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die übrigen Zellreste einer Alkoholgärung oder einer Säuregärung unterworfen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Mikroorganismen gegebenenfalls komplett zu einem Produkt verarbeitet werden können und im Grundsatz keine Rückstände der Mikroorganismen anfallen. Hierbei kann ein Teil der übrigen Zellreste der Alkoholgärung und der verbleibende Teil der Zellreste der Säuregärung unterworfen werden. Möglich ist es auch, die übrigen Zellreste entweder nur einer Alkoholgärung oder nur einer Säuregärung zu unterwerfen. Welche Gärung bzw. Gärungskombination angewendet wird und in welchem Anteil die übrigen Zellreste gegebenenfalls einer Alkoholgärung oder einer Säuregärung zugeführt werden, richtet sich nach den Eigenschaften des zu erstellenden Materials bzw. Baustoffes.

[0016] Es kann vorgesehen sein, wenngleich dies nicht zwingend ist, dass die oder den Gärungen unterworfenen Zellreste gereinigt werden. Dabei kann die Reinigung eine Auftrennung von Gärungsprodukten in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion umfassen, wobei die Schwerfraktion bevorzugt einer weiteren Fermentation unterworfen wird, um Essigsäure zu gewinnen. Insbesondere wenn ein Baustoff hergestellt werden soll, kann zumindest die Leichtfraktion unter Bildung von Calciumcarboxylaten umgesetzt werden.

[0017] Aus den Carboxylaten kann durch Fotokatalyse CaO und/oder Ca(OH)2 gewonnen werden, die zum Abbinden eines festen Produktes dienen können. Dabei kann durch Beimengung von Tonmineralien ein hydraulisch abbindbares Bindemittel erzeugt bzw. gewonnen werden. Die Fotokatalyse wird bevorzugt in einer oxidativen Umgebung durchgeführt.

[0018] Wie vorstehend erwähnt, kann die gewonnene Glykokalix als solche eingesetzt werden oder gegebenenfalls vor dem Mischen mit dem zumindest einem weiteren Material aufgespaltet werden. Ist Letzteres vorgesehen, wird die gewonnene Glykokalix vor dem Mischen bevorzugt zumindest teilweise in Uronsäuren und Glykoside gespaltet.

[0019] Zur Herstellung eines Baustoffes kann vorgesehen sein, dass die gewonnene Glykokalix, optional nach Spaltung in vorzugsweise niedermolekulare Verbindungen, mit Sand und zumindest einem Bindemittel, insbesondere einer Calciumverbindung wie einem Calciumcar-boxylat, Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid, vermischt wird, um nach Aushärten den Baustoff zu bilden. Sand bzw. Kalksand (CaC03 und/oder MgC03) bilden dabei den Füllstoff, die Glykokalix bzw. deren Spaltprodukte einen Kittstoff, um die Sandpartikel zusammenzuhalten, und die Calciumverbindung das beim Aushärten abbindende Bindemittel.

[0020] Bei der Herstellung eines Baustoffes beträgt ein Verhältnis von Glykokalix oder deren insbesondere niedermolekularen Spaltprodukten zu Sand mit Vorteil 0,5 bis 1,5, bevorzugt 0,75

&te^id»scHe$ patentest AT513 162B1 2014-05-15 bis 1,25. Ein Verhältnis von Glykokalix oder deren niedermolekularen Spaltprodukten zum Bindemittel beträgt mit Vorteil 1,5 bis 2,5, bevorzugt 1,75 bis 2,25.

[0021] Wird ein Baustoff hergestellt, kann optional auch vorgesehen sein, dass dieser vor dem Aushärten geschäumt wird. Dies lässt sich erreichen, wenn der Baustoff zum Schäumen auf eine Temperatur von mehr als 70 °C, vorzugsweise mehr als 80 °C, erwärmt und einem Unterdrück unterworfen wird. Wird das noch nicht abgebundene und damit noch fließfähige Gemisch auf Temperatur gebracht, entsteht durch das anwesende Wasser ein entsprechender Druck. Erfolgt im Anschluss das Anlegen eines Unterdruckes, kommt es quasi zu einem Sieden, was zu einem Aufschäumen des Rohproduktes führt. In dieser Weise können beispielsweise geschäumte Bauplatten erzeugt werden.

[0022] Möglich ist es auch, dass die gewonnene Glykokalix, optional nach Spaltung in niedermolekulare Verbindungen, mit Holzpartikeln, insbesondere Holzmehl vermischt wird. In dieser Weise lässt sich ein künstliches Holz erzeugen, wobei die gewonnene Glykokalix für einen effektiven Verbund der einzelnen Holzpartikel sorgt. Vor einer Verkleisterung, die durch Temperaturerhöhung in Gang gesetzt wird, lässt sich das Rohmaterial bzw. die Mischung aus Glykokalix und Holzpartikeln in eine bestimmte Form bringen, beispielsweise ein Profil. Möglich ist es auch, die mit den Holzpartikeln gebildete Mischung zu pressen, beispielsweise zu Platten. Auch eine Extrusion zu Stangen oder dergleichen ist möglich. Die Verkleisterung und damit die Ausbildung eines Produktes in fester Form kann erfolgen, indem die mit Holzpartikeln gebildete Mischung erwärmt wird.

[0023] In der Regel sind hierfür Temperaturen von 50 °C bis 80 °C ausreichend.

[0024] Im Sinne einer vollständigen Verarbeitung der angezüchteten Mikroorganismen kann auch vorgesehen sein, dass die gewonnenen Glykokalix, optional nach Spaltung in niedermolekulare Verbindungen, mit Fermentationsprodukten von den übrigen Zellresten gemischt wird. In dieser Weise lässt sich beispielsweise eine Art Biokunststoff gewinnen, wobei eine Verkleisterung und damit eine Ausbildung eines festen Baustoffes ähnlich wie bei einem Holzersatz im Temperaturbereich von 50 °C bis 80 °C erfolgen kann.

[0025] Das weitere Ziel der Erfindung wird durch ein festes Material erreicht, das mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

[0026] E in festes Material gemäß der Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass dieses zumindest teilweise aus Mikroorganismen gewinnbar ist, wobei die Glykokalix oder deren Spaltprodukte als Kittstoff im festen Material dienen.

[0027] Das weitere Ziel der Erfindung wird durch eine Verwendung von aus Mikroorganismen isolierter Glykokalix oder Spaltprodukten davon für ein Baumaterial, insbesondere ein plattenförmiges Baumaterial erreicht. Dabei kann das Baumaterial geschäumt sein. Des Weiteren wird das Ziel auch durch eine Verwendung von aus Mikroorganismen isolierter Glykokalix oder Spaltprodukten davon für Baumaterialien mit Holzpartikeln erreicht.

[0028] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen: [0029] Fig. 1 [0030] Fig. 2 bis 6 [0031] Fig. 7a, 7b [0032] Fig. 8 einen Mikroorganismus; schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Verfahren; ein detailliertes Schema zur Herstellung eines geschäumten Baustoffes; eine schematische Darstellung einer Fotokatalyse zur Erstellung von Kalkschlämme.

[0033] In Fig. 1 ist ein Mikroorganismus schematisch dargestellt, der eine Glykokalix umfasst.

[0034] Der Mikroorganismus weist ein Protoplasma auf, das von einer Zellwand umgeben ist. Um die Zellwand herum ist der Mikroorganismus von einer Glykokalix umgeben. Mikroorganis- 3/17 men, die eine Glykokalix ausbilden, sind insbesondere unter den einzelligen, capsalen fototro-phen Bodenbakterien oder einzelligen eukaryotischen Arten zu finden. Hierbei kann es sich um Chromalveolates handeln, beispielsweise aus der Ordnung Chlorococcales, z. B. Gloecystis oder Coenocystis, also in der Erdkrume lebende Grünalgen. Mikroorganismen, die mit einer Glykokalix ausgebildet sind, können mit dieser Schicht zwischen oder auf Gesteinskörnchen kleben.

[0035] In Fig. 2 bis 6 sind Verfahrensabläufe zu erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt, bei welchen die Glykokalix von Mikroorganismen oder deren Spaltprodukte zur Herstellung eines Produktes eingesetzt werden. Bei dem hergestellten Produkt kann es sich insbesondere um einen Baustoff, ein kunststoffartiges Produkt oder ein Verbundmaterial handeln. Möglich ist es auch, ökologische Schmiermittel oder verfestigende biokompatible Produkte wie einen Gelatineersatz herzustellen.

[0036] Ausgangspunkt bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Anbau von Biomasse bzw. Mikroorganismen, die eine Glykokalix ausbilden. Nach der Anzucht der Biomasse werden die Mikroorganismen geerntet. Anschließend erfolgt eine sogenannte Vorfermentation, bei welcher in noch zu erläuternder Weise eine Verbindung von Zellwand und Glykokalix gelockert wird. Anschließend kann eine mechanische Trennung der Glykokalix von den übrigen Zellresten, nämlich dem Protoplasten samt Zellwand, erfolgen. Die mechanische Trennung wird bevorzugt durch Ultraschall unterstützt bzw. in Gang gesetzt. Anschließend kann über einen Dekanter die Glykokalix abgetrennt werden, wie dies in den schematischen Verfahrensabläufen gemäß Fig. 2 sowie 4 und 5 dargestellt ist. Diese Verfahrensschritte sind in allen Verfahrensabläufen gemäß Fig. 2 sowie 4 und 5 ident und Ausgangspunkt für die Herstellung eines Materials mit Glykokalixanteilen oder gegebenenfalls Anteilen von Glykokalix-Spaltprodukten.

[0037] Nach der Abtrennung der Glykokalix verbleiben die übrigen Zellreste bzw. die Protoplasten samt Zellwänden. Wiewohl diese Bestandteile der Mikroorganismen nicht zwingend weiterverarbeitet werden müssen, ist dies im Rahmen der Erfindung bevorzugt vorgesehen. Die Protoplasten, gegebenenfalls samt Zellwänden, werden bevorzugt einer oder mehreren Fermentationen unterworfen. Dabei kann gemäß Fig. 2, auf welche im Folgenden Bezug genommen wird, zunächst Carbonsäure gewonnen werden. Die Carbonsäure wird anschließend zu einem Calciumcarboxylat umgewandelt und anschließend einer elektrochemischen Reaktion unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht unterworfen, wobei dem Calciumcarboxylat ein gewisser Anteil Sand beigemengt werden kann. Dadurch wird Calciumoxyd (CaO) und/oder Calciumhydroxyd (Ca(OH)2) gewonnen. Auf der anderen Seite kann die Glykokalix, die isoliert worden ist, in einer Hydrolyse aufgespalten werden, wobei niedermolekulare Verbindungen gewonnen werden, beispielsweise Uronsäureester. Diese niedermolekularen Spaltprodukte können mit dem über die Fermentation der übrigen Zellreste bzw. Protoplasten indirekt gewonnenen Bindemittel CaO und/oder Ca(OH)2 schließlich mit Sand vermischt werden. Dadurch wird eine viskose Rohmasse erhalten. Diese viskose Rohmasse kann als solche bereits nach einem Abbinden des Bindemittels einen Baustoff bilden. Ein Mischungsverhältnis der Komponenten Glykokalix bzw. Spaltprodukten davon zu Bindemittel (CaO und/oder Ca(OH)2) und Sand beträgt dabei bevorzugt (0,75 bis 1,5):0,5:(0,75 bis 1,5).

[0038] Bevorzugt kann es jedoch sein, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, dass die viskose, also noch fließfähige Rohmasse einem Expansionsverfahren unterworfen wird, bei dem die viskose Rohmasse aufgeschäumt wird. Dadurch lassen sich poröse Baumaterialien, beispielsweise Baustoffplatten, gewinnen. In diesem Fall erfolgt das Aushärten nach dem Schäumen.

[0039] In Fig. 3 ist der Verfahrensablauf gemäß Fig. 2 in stark vereinfachter Weise dargestellt. Wie ersichtlich ist, wird die eingesetzte Biomasse im Verfahren vollständig genutzt, um zu einem betonartigen festen Produkt zu kommen.

[0040] In Fig. 4 ist ein ähnliches Verfahren wie in Fig. 2 dargestellt, wobei allerdings die Fermentation der Protoplasten in zwei gesonderte Fermentationsschritte lla und Mb aufgeteilt ist. Beim ersten Fermentationsschritt lla wird wie gemäß Fig. 2 zumindest eine Carbonsäure gebildet. Gemäß dem Fermentationsschritt llb wird jedoch Glycerol gewonnen, das wie die gewon- ästerreidBsd!« pitwiarot AT513 162B1 2014-05-15 nene Glykokalix sowie Sand der viskosen Rohmasse beigemengt wird. Anschließend kann sogleich eine Verfestigung bzw. ein Aushärten der viskosen Rohmasse erfolgen. Möglich ist es auch, entsprechend Fig. 4, dass wiederum ein Expansionsverfahren zur Herstellung eines porösen Baustoffes nachfolgt. Im Übrigen umfasst ein Verfahren gemäß Fig. 4 auch eine Energiegewinnung durch Holzverbrennung, wobei auch andere Arten einer Umsetzung von Biomasse vorgesehen sein können. Die dabei anfallende Pottasche wird zur Gewinnung von Kalilauge verwendet, die wiederum zur pH-Regulierung in der elektrochemischen Umsetzung zur Gewinnung von CaO und/oder Ca(OH)2 dient. Auch die übrigen Nebenprodukte, die anfallen, werden im Prozess wieder eingesetzt. Wichtig ist, dass die aus der Holzverbrennung stammenden Rauchgase über einen Biofilter geführt werden und zur Steigerung der Produktivität beim Biomasseanbau bzw. dem Züchten von Mikroorganismen nutzbar sind. Aus dem Rauchgas entferntes SO2 wiederum kann bei der Fermentation Mb eingesetzt werden, um eine möglichst hohe Ausbeute an Glycerol zu erhalten.

[0041] In Fig. 5 ist ein Verfahren dargestellt, das im Wesentlichen gleich arbeitet, wie die in Fig. 2 bis 4 dargestellten Verfahren. Im Unterschied zu den Verfahren gemäß Fig. 2 bis 4 wird jedoch beim Mischen der aus den Mikroorganismen gewonnenen Bestandteile nicht Sand verwendet, sondern Holzmehl. Damit kann eine Masse gemischt werden, die nach Pressen und Verkleistern bei einer Temperatur von etwa 50 °C bis 80 °C zu Bauplatten gepresst werden kann, die holzähnlich sind. Darüber hinaus werden die Carbonsäuren aus der Fermentation zur Herstellung des Produktes eingesetzt. Dies bedeutet, dass letztlich die Mikroorganismen vollständig für das Produkt verwertet werden und sich deren abgetrennte Bestandteile oder Umwandlungsprodukte davon im finalen Produkt wiederfinden.

[0042] In Fig. 6 ist ein Verfahren dargestellt, das völlig ohne fremde Zuschlagstoffe auskommt, die nicht aus den gezüchteten Mikroorganismen gewonnen sind. In diesem Fall erfolgt in der zuvor beschriebenen Weise wiederum eine Abtrennung von Glykokalix und gegebenenfalls eine Umwandlung in Spaltprodukte, beispielsweise durch Hydrolyse. Auch die übrigen Zellreste werden wiederum einer Fermentation unterworfen, wobei Carbonsäure und Glycerol gewonnen wird. Durch Mischen der entsprechenden Bestandteile und Verkleistern kann eine Art Biokunststoff gewonnen werden, der fest und haltbar ist und ausschließlich auf Biomasse bzw. gezüchteten Mikroorganismen als Ausgangsmaterial beruht.

[0043] In Fig. 7a und 7b sind einzelne Verfahrensschritte, die insbesondere bei einem Verfahren zur Gewinnung eines Baustoffes gemäß Fig. 2 bis 4 zur Anwendung kommen, näher dargestellt. Die einzelnen Verfahrensschritte, die mit I bis XVI bezeichnet sind, werden analog auch bei der Herstellung eines holzähnlichen Materials oder eines Biokunststoffes angewendet, soweit die einzelnen Verfahrensschritte gemäß Fig. 7a und 7b in diesen Verfahren erforderlich sind.

[0044] Gemäß Fig. 7a und 7b ist eine Biomassekultivierung IV vorgesehen. Dabei werden Mikroorganismen kultiviert, die eine Glykokalix ausbilden. Die Kultivierung erfolgt in einem oder mehreren Wasserbecken, die mit einem Verdunstungsschutz überdeckt sind, vorzugsweise einer hydrophoben Folie. Die Wasserbäder werden in der Regel auf einer Temperatur von 10 °C bis 30 °C gehalten. Ein pH-Wert wird in einem Bereich von 8,5 bis 9,5 eingestellt, was optimale Bedingungen für eine Anzucht der Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen ergibt.

[0045] Gemäß Fig. 7a und 7b kann eine Energiezentrale (I) vorgesehen sein, mit welcher Energie zur Betreibung des Verfahrens gewonnen wird. Das dabei anfallende Rauchgas wird in einen Rauchgasspeicher geführt, in dem Kohlendioxid (C02) separiert wird, das dem oder den Wasserbecken zugeführt werden kann, um ein Wachstum der Mikroorganismen zu maximieren. Gleichzeitig wird aus dem Rauchgas in einem Gegenstromverfahren Schwefeldioxid (S02) eliminiert, indem Sulfit bzw. Gips gewonnen wird.

[0046] Eine Ernte der Mikroorganismen aus dem oder den Wasserbecken erfolgt mittels Vliesseiltechnik (III). Dabei werden feinfasrige, feine Seile langsam durch ein Wasserbecken umgewälzt, sodass die Mikroorganismen aufgrund von Kapillarkräften an den Seilen hängenbleiben. 5/17

&te^id»scHg ρ®ίκηΕδίϊϊί AT513 162B1 2014-05-15 [0047] Die gewonnenen Bodenalgen bzw. Mikroorganismen werden in einem nächsten Schritt aufgetrennt (VI). Die Auftrennung umfasst zunächst eine Vorfermentation, die in einem geeignet ausgelegten Reaktor mit Rührwerk erfolgt. Bei dieser Vorfermentation, die mit üblichen Enzymen wie Glykosidasen durchgeführt wird, erfolgt noch keine vollständige Abtrennung der Gly-kokalix von den übrigen Zellresten, sondern bloß ein „Anwelken“, bei welchem der starke Verbund von Zellwand und Glykokalix signifikant gelockert wird. Dieses Anwelken wird unter anaeroben Bedingungen bei einem pH-Wert von 6 bis 7 durchgeführt. Durch diesen Prozess, so wird vermutet, kann die Glykokalix so weit gelockert werden, dass in einem nächsten Schritt eine mechanische Abtrennung der Glykokalix von den übrigen Zellresten möglich ist. Um eine Abtrennung zu erleichtern, können zunächst Detergenzien beigemengt werden, ehe durch Ultraschallbehandlung eine mechanische Abtrennung der Glykokalix von den übrigen Bestandteilen, nämlich Protoplasten samt Zellwänden erfolgt. Die Glykokalix kann dann als solche an sich bereits zur Herstellung eines Produktes eingesetzt werden. Die anfallenden übrigen Zellreste werden zumindest einer Fermentation lla bzw. Mb zugeführt. Bei der Fermentation lla wird eine Säuregärung durchgeführt (VIII). Unter aeroben Bedingungen werden die Protoplasten bei Einsatz geeigneter Enzyme vornehmlich zur Essigsäure umgesetzt. Ein Teil der Protoplasten oder gegebenenfalls in einer Alternative auch der gesamte Anteil kann einer Fermentation Mb bzw. Alkoholgärung zugeführt werden. Dabei kann auch Sulfit eingesetzt werden, um einen Schwefelanteil hoch zu halten und somit in der Alkoholgärung vornehmlich Glycerol zu erhalten, das wie vorstehend beschrieben bei bestimmten Produkten eingesetzt werden kann. Der Rest ist vornehmlich Ethanol (VII).

[0048] Die aus den Fermentationen Na bzw. Mb gewonnenen Produkte können, was allerdings nicht zwingend ist, noch gereinigt werden (IX). Auch nicht zwingend ist, aber vorgesehen sein kann, dass die isolierte Glykokalix getrocknet wird (V), wobei gegebenenfalls auch ein Feuchtigkeitsgrad eingestellt werden kann.

[0049] In einem weiteren Schritt kann eine Hydrolyse der Glykokalixmasse erfolgen, wobei eine Auftrennung in niedermolekulare Produkte wie Uronsäuren und Glykoside erfolgt (XI). Die in der Regel saure Hydrolyse, die bevorzugt bei einem pH-Wert von <4 erfolgt, wird gemäß Fig. 7a und 7b zweckmäßigerweise mit einer basischen Kondensationsreaktion gekoppelt. Bei der basischen Kondensationsreaktion erfolgt eine Viskositätserhöhung durch Abspaltung von Wasser, wobei gewonnene Carbonsäuren, insbesondere Uronsäuren aus der Glykokalix mit Glycerol verestert werden. Weiter werden bei einem erhöhten pH-Wert die aus Kalksand und Essigsäure gewonnenen Calciumcarboxylate als Produkte abgezogen, die in der Folge über Fotokatalyse zu CaO und/oder Ca(OH)2 weiterverarbeitet werden können, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Eine fotokatalytische Spaltung der Calciumcarboxylate kann dabei durch Stoffkonzentration vor dem Fotokatalysator effizienter gestaltet werden, wobei zweckmäßigerweise eine Spannung zur Dielektrophorese angelegt wird. Eine pH-Wert-Einstellung kann dabei mit Chlorophyll- Derivaten erfolgen, die aus der Leichtfraktion im Schritt IX gewinnbar sind.

[0050] In einem weiteren Schritt (XIII) werden Sand, Glykokalix oder Spaltprodukte davon und ein Bindemittel in der Form von CaO und/oder Ca(OH)2 miteinander vermischt, um eine viskose Rohmasse zu bilden. Diese viskose Rohmasse kann anschließend unter Bildung eines dichten bzw. porenfreien Materials zu einem Baustoff ausgehärtet werden. Möglich ist es aber auch, gemäß weiteren Schritten (XV) die noch viskose Rohmasse zu pressen und dabei gleichzeitig zu erhitzen. Die viskose Rohmasse kann dabei in eine Kammer geführt werden, in welcher an die erhitzte viskose Rohmasse, die dabei in der Regel eine Temperatur von etwa 70 °C bis 100 °C aufweist, spontan ein Unterdrück angelegt werden kann. Dadurch beginnt das in der viskosen Rohmasse vorhandene Wasser zu sieden, wodurch es zur Bildung von Poren in der viskosen Rohmasse kommt. Nach Aushärten kann so ein poröses Baumaterial erhalten werden, das anschließend ausgeliefert werden kann (XVI). 6/17

Claims (35)

1. foterreiebiKhes piteniäist AT513 162B1 2014-05-15 Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Baustoffes mithilfe von Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, dass Mikroorganismen, die eine Glykokalix ausbilden, gezüchtet werden, wonach die Mikroorganismen geerntet werden, worauf aus den geernteten Mikroorganismen die Glykokalix von den übrigen Zellresten abgetrennt wird und die so gewonnene Glykokalix mit zumindest einem weiteren Material gemischt wird, um den Baustoff zu bilden, wobei die gewonnene Glykokalix optional vor dem Mischen in Verbindungen gespalten werden kann.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass fototrophe bodenlebende Mikroorganismen eingesetzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen in einem Wasserbett gezüchtet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserbett mit einem Verdunstungsschutz überdeckt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen bei einer Temperatur von 10 °C bis 30 °C gezüchtet werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen bei einem pH-Wert von 8,5 bis 9,5 gezüchtet werden.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Mikroorganismen während des Züchtens C02 zugeführt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gezüchteten Mikroorganismen beim Ernten mit Seilen aus einem Zuchtmedium geführt und anschließend einer Sedimentation unterworfen werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die geernteten Mikroorganismen getrocknet werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Glykokalix durch Vorfermentation und anschließende Ultraschallbehandlung von den Zellresten abgetrennt wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorfermentation anaerob bei einem pH-Wert von 5,5 bis 7,5 durchgeführt wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass einem nach der Vorfermentation vorliegenden Gemisch vor der Ultraschallbehandlung ein oder mehrere Detergenzien beigemengt werden.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die übrigen Zellreste einer Alkoholgärung oder einer Säuregärung unterworfen werden.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der übrigen Zellreste der Alkoholgärung und der verbleibende Teil der Zellreste der Säuregärung unterworfen wird.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die oder den Gärungen unterworfenen Zellreste gereinigt werden.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung eine Auftrennung von Gärungsprodukten in eine Leichtfraktion und eine Schwerfraktion umfasst.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwerfraktion einer weiteren Fermentation unterworfen wird, um Essigsäure zu gewinnen. 7/17

    p3)«r:iä«t AT513 162B1 2014-05-15
18. 18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Leichtfraktion unter Bildung von Calciumcarboxylaten umgesetzt wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Calciumcarboxylaten durch Fotokatalyse CaO und/oder Ca(OH)2 gewonnen wird.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fotokatalyse durch Beimengung von Tonmineralien ein hydraulisch abbindbares Bindemittel gewonnen wird.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotokatalyse in einer oxidativen Umgebung durchgeführt wird.
22. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Glykokalix vor dem Mischen zumindest teilweise in Uronsäuren und Glycoside aufgespalten wird.
23. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Glykokalix, optional nach Spaltung in insbesondere niedermolekulare Verbindungen, mit Sand und zumindest einem Bindemittel, insbesondere einer Calciumverbindung wie einem Calciumcarboxylat, Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid, vermischt wird, um nach Aushärten den Baustoff zu bilden.
24. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Glykokalix oder deren Spaltprodukten zu Sand 0,5 bis 1,5, bevorzugt 0,75 bis 1,25, beträgt.
25. 25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Glykokalix oder deren Spaltprodukten zum Bindemittel 1,5 bis 2,5, bevorzugt 1,75 bis 2,25, beträgt.
26. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff vor dem Aushärten geschäumt wird.
27. 27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Baustoff zum Schäumen auf eine Temperatur von mehr als 70 °C, vorzugsweise mehr als 80 °C, erwärmt und einem Unterdrück unterworfen wird.
28. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Glykokalix, optional nach Spaltung in niedermolekulare Verbindungen, mit Holzpartikeln, insbesondere Holzmehl, vermischt wird.
29. 29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Holzpartikeln gebildete Mischung gepresst wird.
30. 30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Holzpartikeln gebildete Mischung erwärmt wird, um den Baustoff in fester Form auszubilden.
31. 31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Glykokalix, optional nach Spaltung in niedermolekulare Verbindungen, mit Fermentationsprodukten von den übrigen Zellresten gemischt wird.
32. 32. Fester Baustoff, erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 31.
33. 33. Verwendung von aus Mikroorganismen isolierter Glykokalix oder Spaltprodukten davon für ein Baumaterial, insbesondere ein plattenförmiges Baumaterial.
34. 34. Verwendung nach Anspruch 33, wobei das Baumaterial geschäumt ist.
35. 35. Verwendung von aus Mikroorganismen isolierter Glykokalix oder Spaltprodukten davon für Baumaterialien mit Holzpartikeln. Hierzu 9 Blatt Zeichnungen 8/17