Verwertung von Reststoffströmen und CO2

Jedes Jahr setzt der Mensch weltweit mehr als 30 Milliarden Tonnen Kohlendioxid (CO₂) in die Atmosphäre frei. Das Treibhausgas entsteht vor allem bei der Verbrennung von fossilen Rohstoffen wie Erdöl. Gleichzeitig erhält die Kreislaufwirtschaft einen immer höheren gesellschaftlichen und umweltpolitischen Stellenwert. Es gilt, wo möglich, nachwachsende Rohstoffe einzusetzen und gleichzeitig fossile sowie natürliche Ressourcen zu schonen, aber auch Reststoffe bzw. Produkte an deren Lebensende aufzuwerten statt zu entsorgen.

Der Einsatz von Biomasse für ähnliche Verwendungen wie Erdöl steckt jedoch wirtschaftlich betrachtet noch in den Kinderschuhen. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass bei steigender Weltbevölkerung immer mehr fruchtbares Land für die Nahrungs- und Futtermittelproduktion benötigt werden wird. Voraussagen sind schwierig und Konkurrenzsituationen um Bodennutzung sind nicht auszuschließen. Durch die Nutzung von Rest- und Abfallstoffen kann dabei die Konkurrenz zu Nahrungs- und Futtermitteln sowie zur Landnutzung vermieden werden.

Kohlenstoff aus erneuerbaren Quellen

Kohlenstoffverbindungen kommen in allen Lebewesen vor und stellen die Grundlage der Organischen Chemie dar. Außer in Lebensmitteln sind Kohlenstoffverbindungen in allen wichtigen Produkten unseres modernen Lebens enthalten. Dazu zählen Arzneimittel, Kosmetika, Bekleidung, Haushaltschemikalien, Plastikgegenstände, Farben, Kraftstoffe usw. Diese Produkte werden in der Regel über organochemische Umsetzungen und Verfahren aus Erdöl gewonnen. Seit ca. 100 – 150 Jahren wird so zur Versorgung der Welt sowohl mit Energie als auch mit chemischen Produkten hauptsächlich Erdöl verwendet.

Angesichts der Endlichkeit von Erdöl und allgemein fossilen Ressourcen, sowie zunehmender Umwelt- und Klimabelastungen durch ungehemmten Ressourcenverbrauch und erhöhten CO₂-Ausstoß, sind bei der Kraftstoff- bzw. Stromerzeugung bereits deutliche Bemühungen zu einem Wandel in Richtung alternativer Energien wie Wind‑, Wasserkraft und Solarenergie sichtbar. Im Bereich der stofflichen Nutzung von Erdöl ist aus den gleichen Gründen ein Wandel notwendig, bei dem der Erdölverbrauch reduziert, und stattdessen deutlich mehr auf nachwachsende Rohstoffe zurückgegriffen wird. Ergänzend dazu zählen auch Reststoff- und Abfallströme aus beispielsweise der Forst- und Landwirtschaft, der verarbeitenden Lebensmittelbranche oder der Holz- und Papierindustrie. Diese können genutzt werden, um z.B. sekundäre Pflanzenstoffe (wie phenolische Verbindungen, Terpene, Hydroxyfettsäuren oder Wachse) oder Butanol zu gewinnen.

Im Gegensatz zu fossilen Rohstoffen kommt es bei der Nutzung (und Verbrennung) von nachwachsenden Rohstoffen theoretisch zu einer neutralen CO₂-Bilanz, da nur das CO₂ freigesetzt wird, welches vorher von Pflanzen aus der Atmosphäre gebunden wurde. Dieses aus biobasierten Materialien freigesetzte CO₂ wird nachfolgend beim Pflanzenwachstum wieder gebunden und erhöht somit nicht die atmosphärische CO₂-Konzentration in toto (Kreislauf).

Partner

Erfolgreiche Projekte

Apfelfarbstoffe: Apfelextrakte als nachhaltige Lösung für natürliche Farbstoffe in Lebensmitteln

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BioRaffZuckerrübe - Von der Zuckerfabrik zur Bioraffinerie: Intention:
In dem vorliegenden Projekt soll die stoffliche Nutzung der Zuckerrübe durch schrittweise Modifikation des Prozesses der traditionellen Zuckergewinnung hin zu einer vollständigen Verwertung der Ganzpflanze in einer integrierten Bioraffinerie entwickelt werden. Dazu sollen Verfahren etabliert werden, die die in der traditionellen Zuckergewinnung aus Zuckerrübe anfallenden Neben- und Reststoffströme zu Wertstoffen umwandeln. Weiterhin sollen ausgehend von der traditionellen Zuckerproduktion aus Zuckerrüben Konzepte für die Herstellung von Zucker-Substraten für eine effiziente Bioraffinerie auf Basis der Zuckerrübe-Ganzpflanze erarbeitet werden.

F&E‑Partner:
Clariant, Pfeifer & Langen AG, Fachhochschule Bingen

Förderung:
BioIndustrie 2021 — BMBF / PtJ

Laufzeit:

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C4-Butanol-Plattform: Fermentative Gewinnung von BioButanol unter Verwertung von Neben‑, Rest- und Abfallstoffen der Mühlenindustrie

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CO2Lubricants: CO₂Lubricants möchte das schädliche Treibhausgas Kohlendioxid als Ausgangsmaterial für die Produktion nachhaltiger Schmierstoffe einsetzen.

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EcoWashCycle: Kaskadenkonversion von Mühlennebenprodukten in maßgeschneiderte Enzyme, Seiden und Tenside

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Enzym-Recycling in industriellen Prozessen mittels neuartiger Peptid-Tags: Intention:
Lösliche Enzyme spielen insbesondere bei der Umsetzung von nachwachsenden Rohstoffen, beispielsweise bei der Hydrolyse von Lignocellulose, eine Schlüsselrolle. Wie aus verschiedenen großtechnischen Verfahren bekannt, trägt eine gezielte Wiederverwendung von Biokatalysatoren signifikant zur Reduzierung der Prozesskosten bei. Ziel des Projektes ist die Erarbeitung von Bioprozess-Verfahrensweisen, bei denen Enzyme wiedergewonnen und rezykliert werden können.

F&E‑Partner:
Clariant, TU München – Fakultät Chemie – Fachgebiet Proteinchemie, TU München – Fakultät Maschinenwesen – Fachgebiet für Selektive Trenntechnik

Förderung:
BayStMWIVT

Laufzeit:

01.01.2011 – 31.12.2013

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Fettsäuren-sekretierende Algen/Cyanobakterien (FSAC): Algen und Cyanobakterien synthetisieren Lipide bzw. Fettsäuren in erheblichem Ausmaß, wobei die benötigte Energie via Photosynthese aus dem Sonnenlicht gewonnen wird.

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FINAL: Es geht um die Wurst: Olivenextrakte statt E‑Nummern

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KittyCat: Bau und experimenteller Betrieb eines Forschungsreaktors im Kleinmaßstab, um Optima und Grenzkriterien für eine maximale, technisch realisierbare Methanisierung nach dem biologischen PtG-Verfahren zu etablieren

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Mikrobielle Elektrolysezelle: Entwicklung einer neuartigen, hochinnovativen, mikrobiellen Elektrolysezelle für die Power-to-Gas Technologie

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Terpenlactame: Terpene fallen als Nebenprodukt z.B. bei der Verarbeitung von Holz zu Papier an — nun wird versucht daraus (hoch-)temperaturbeständige, amorphe Biopolymere herzustellen.

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