{"id":149500,"date":"2024-08-21T07:28:00","date_gmt":"2024-08-21T05:28:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=149500"},"modified":"2024-08-15T16:25:42","modified_gmt":"2024-08-15T14:25:42","slug":"eine-bioraffinerie-fur-die-kreislaufwirtschaft-von-industriellen-reststoffstromen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/eine-bioraffinerie-fur-die-kreislaufwirtschaft-von-industriellen-reststoffstromen\/","title":{"rendered":"Eine Bioraffinerie f\u00fcr die Kreislaufwirtschaft von industriellen Reststoffstr\u00f6men"},"content":{"rendered":"\n\n
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\"Er\u00f6ffnen
Er\u00f6ffnen am 3. August 2024 den Demonstrationsbetrieb der SmartBioH2-Bioraffinerie bei Evonik in Rheinfelden (v.l.): Marion Dammann (Landr\u00e4tin Landkreis L\u00f6rrach), Staatssekret\u00e4r Dr. Andre Baumann, Hermann Becker. (Standortleiter Evonik), Dr.-Ing. Ursula Schlie\u00dfmann (Fraunhofer IGB, stv. Institutsleiterin und Projektkoordinatorin) \u00a9 Evonik<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n
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\"Simon
Simon Krake (4. v.l.) und Dr.-Ing. Susanne Zibek (5. v.l.) vom Fraunhofer IGB erkl\u00e4ren den G\u00e4sten das Purpurbakterien-Verfahrensmodul. Die Purpurbakterien wachsen in einem geschlossenen Edelstahlbioraktor (hinten links) mit Ethanol aus dem Sp\u00fclwasser und produzieren dabei Biowasserstoff. \u00a9 Evonik<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Am Samstag, den 3. August 2024, er\u00f6ffnete Umweltstaatssekret\u00e4r Dr. Andre Baumann die Demonstrationsanlage SmartBioH2<\/sub>-BW in Rheinfelden (Baden). Die Bioraffinerie wurde im Rahmen des vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB koordinierten Projekts am Industriestandort von Evonik aufgebaut. Sie nutzt in der Produktion anfallende Sp\u00fclw\u00e4sser und Reststoffe, um daraus mithilfe zweier gekoppelter biotechnologischer Verfahren \u00bbgr\u00fcnen\u00ab Wasserstoff und organische Grundstoffe herzustellen. Nun startet der Testbetrieb unter realen Bedingungen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Abfall und Abwasser sind weltweit eine bisher nur wenig genutzte Ressource. Mit dem F\u00f6rderprogramm \u00bbBio\u00f6konomie \u2013 Bioraffinerien zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfall und Abwasser \u2013 Bio-Ab-Cycling\u00ab will Baden-W\u00fcrttemberg dies \u00e4ndern. Seit Oktober 2021 f\u00f6rdert das Ministerium f\u00fcr Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-W\u00fcrttemberg mit Landesmitteln und Mitteln aus dem Europ\u00e4ischen Fonds f\u00fcr Regionale Entwicklung (EFRE) den Aufbau modularer Bioraffinerien, um zu erproben, wie mittels nachhaltiger Bio\u00f6konomie hochwertige Rohstoffe aus Abfall und Abwasser zur\u00fcckgewonnen werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Eine der gef\u00f6rderten Demonstrationsanlagen ist die Bioraffinerie des Projekts SmartBioH2<\/sub>-BW, die am 3. August 2024 von Dr. Andre Baumann, Staatssekret\u00e4r im Umweltministerium, im Rahmen seiner Sommertour eingeweiht wurde. Auch zahlreiche Politiker aus Rheinfelden, dem Landkreis L\u00f6rrach sowie einige Abgeordnete im Landtag nahmen die Gelegenheit zur Besichtigung der Anlage wahr.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bbWir brauchen dringend einen gesellschaftlichen Wandel \u2013 weg vom Einsatz fossiler oder knapper Ressourcen hin zur Nutzung biobasierter oder im Kreislauf gef\u00fchrter Stoffe. Das Projekt SmartBioH2<\/sub>-BW zeigt vorbildlich, wie ein solch zukunftsweisender Weg aussehen kann\u00ab, so Staatssekret\u00e4r Dr. Baumann<\/strong>. \u00bbHier werden Verfahren, die im kleinen Ma\u00dfstab einzeln bereits funktionieren, in Demonstrations- und Pilotanlagen kombiniert und erprobt. Dies ist eine wichtige Zwischenstufe, damit die Verfahren im n\u00e4chsten Schritt in den Kommunen oder in der Industrie zum Einsatz kommen k\u00f6nnen. Durch den Einsatz dieser Bioraffinerien sch\u00fctzen wir am Ende nicht nur das Klima und unsere Ressourcen, sondern st\u00e4rken auch die Resilienz des Wirtschaftsstandorts Baden-W\u00fcrttemberg in Krisensituationen.\u00ab<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Seit ein paar Wochen steht die Anlage auf dem Gel\u00e4nde von Evonik in Rheinfelden, die als assoziierter Partner im Projekt beteiligt ist. Die Evonik Industries AG ist eines der weltweit gr\u00f6\u00dften Hersteller von Spezialchemikalien. An ihrem Standort in S\u00fcdbaden produziert Evonik unter anderem Wasserstoffperoxid, das als Desinfektionsmittel \u2013 etwa f\u00fcr Joghurtbecher \u2013 eingesetzt wird. Hierf\u00fcr wird, ebenso wie f\u00fcr andere Produktionsprozesse im Werk, Wasserstoff ben\u00f6tigt, den das Unternehmen seit Jahrzehnten direkt vor Ort aus Erdgas produziert.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bbDer Standort von Evonik in Rheinfelden hat sich auf die Fahne geschrieben, die gr\u00fcne Transformation unserer Branche voranzutreiben\u00ab, so Hermann Becker, Standortleiter von Evonik.<\/strong> \u00bbMit dem gemeinsamen Forschungsprojekt und der zukunftsweisenden Pilotanlage wollen wir zeigen, wie das im Sinne der Kreislaufwirtschaft gehen kann \u2013 sauberer Wasserstoff gewonnen aus Sp\u00fclwasser und Reststoffen ist eine Win-win-win-Situation f\u00fcr die Umwelt, die Chemieindustrie und die Wissenschaft.\u00ab<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n

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\"Geschlossener
Geschlossener 50-Liter-Edelstahl-Bioreaktor zur Kultivierung der Purpurbakterien in einem gr\u00f6\u00dferen Ma\u00dfstab \u00a9 Fraunhofer IGB <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Intelligent gekoppelte Biotechnologie f\u00fcr die Bioraffinerie<\/h3>\n\n\n\n

Die Bioraffinerie wurde vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart konzipiert, geplant und aufgebaut. Sie besteht aus zwei gekoppelten Verfahrensmodulen zur biotechnologischen Produktion von Wasserstoff: der fermentativen Dunkelphotosynthese durch Purpurbakterien und einem zweistufigen Prozess mit Mikroalgen.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bbDurch die intelligente Kopplung dieser beiden Verfahren zu einem kombinierten Bioraffinerie-Konzept wird es m\u00f6glich, industrielle feste und fl\u00fcssige Reststoffstr\u00f6me, die in der Produktion am Standort anfallen und bisher teuer als Abfall und Abwasser entsorgt werden mussten, effizient und ohne Emissionen als Rohstoffe zu nutzen, um daraus den Zukunftsenergietr\u00e4ger Wasserstoff und weitere wertsch\u00f6pfende biobasierte Produkte herzustellen\u00ab, erl\u00e4utert Dr.-Ing. Ursula Schlie\u00dfmann, stellvertretende Institutsleiterin des Fraunhofer IGB und Koordinatorin des Projekts.<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Zun\u00e4chst galt es hierf\u00fcr zu untersuchen, wie sich die Reststoffstr\u00f6me des Standorts genau zusammensetzen und ob die Organismen tats\u00e4chlich mit ihnen zurechtkommen. Als fl\u00fcssige Reststoffstr\u00f6me fallen in Rheinfelden Sp\u00fclw\u00e4sser an, mit denen die Produktionsanlagen gereinigt werden. Sie enthalten viel Ethanol, einen Alkohol. <\/p>\n\n\n\n

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\u00bbEs ist ja denkbar, dass Sp\u00fclw\u00e4sser weitere Substanzen enthalten, die toxisch oder hemmend auf die Bakterien und Mikroalgen wirken\u00ab, erkl\u00e4rt Schlie\u00dfmann<\/strong>. <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Die Verfahren wurden daher erst am Fraunhofer IGB separat unter Laborbedingungen mit den Abfallstr\u00f6men der Evonik getestet und dann in einen gr\u00f6\u00dferen Ma\u00dfstab skaliert.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bbUnsere Analysen haben gezeigt, dass das Sp\u00fclwasser neben Ethanol auch weitere Alkohole sowie Reste der synthetisierten Produkte enth\u00e4lt. Diese beeintr\u00e4chtigen aber weder das Wachstum der Purpurbakterien noch das der Mikroalgen\u00ab, so Schlie\u00dfmann<\/strong>.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Im Juli 2024 wurden die beiden Bioverfahrensmodule zum Werk nach Rheinfelden transportiert und in Betrieb genommen. Nachdem die Verfahrenseinheiten nun miteinander gekoppelt sind, kann der Demonstrationsbetrieb unter realen Bedingungen starten.<\/p>\n\n\n

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\"Purpurbakterium
Das Purpurbakterium Rhodospirillum rubrum ist fakultativ phototroph und kann mit Licht wie auch mit einfachen organischen Substraten als Energiequelle wachsen. \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Wasserstoffproduktion mit Dunkelfermentation von Purpurbakterien<\/h3>\n\n\n\n

In der ersten Stufe der Bioraffinerie kommt das Purpurbakterium Rhodospirillum rubrum zum Einsatz, das mittels der Dunkelphotosynthese, einer neuen Art der Fermentation, auch ohne Licht aus verschiedenen Kohlenstoffsubstraten Wasserstoff erzeugen kann. In Rheinfelden dient den Purpurbakterien Ethanol aus dem Sp\u00fclwasser als Kohlenstoffsubstrat und Energiequelle.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr ein ausreichendes Wachstum und die Synthese von Wasserstoff musste die Zusammensetzung des Fermentationsmediums angepasst werden, wie sich bereits im Labor in Stuttgart gezeigt hatte. Dann produziert das Bakterium nicht nur den begehrten Wasserstoff, sondern auch weitere nutzbare Produkte wie Carotinoide, fettl\u00f6sliche Pigmente beispielsweise f\u00fcr die Kosmetik, oder den Biokunststoff Polyhydroxyalkanoat (PHA) \u2013 sowie Kohlenstoffdioxid (CO2<\/sub>) als Nebenprodukt. \u00bbDa die wasserstoffproduzierenden Enzyme der Purpurbakterien sehr sauerstoffempfindlich sind, ist die pr\u00e4zise Kontrolle des Sauerstoffgehalts bei der Fermentation eine Herausforderung im Betrieb\u00ab, erg\u00e4nzt Dr.-Ing. Susanne Zibek, Leiterin der Bioprozessentwicklung am Fraunhofer IGB.<\/p>\n\n\n\n

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Mikroalgen binden Nebenprodukt CO2<\/sub><\/h3>\n\n\n
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Das im Prozess von den Purpurbakterien gebildete Kohlenstoffdioxid wird der angekoppelten Mikroalgenanlage zugef\u00fchrt. \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Um die Emission von CO2<\/sub> in die Atmosph\u00e4re zu vermeiden, wird CO2<\/sub> in einem weiteren Schritt der zu diesem Zweck angekoppelten Mikroalgenanlage zugef\u00fchrt. Denn die photosynthetisch wachsenden Mikroalgen ben\u00f6tigen f\u00fcr den Aufbau von Biomasse oder Speicherprodukten \u2013 genau wie gr\u00fcne Pflanzen \u2013 CO2<\/sub> und dazu nur Licht und N\u00e4hrstoffe.<\/p>\n\n\n\n

In der SmartBioH2<\/sub>-Demonstrationsanlage werden Mikroalgen der Art Chlorella sorokiniana in einem mittels LED beleuchteten kompakten Photobioreaktor kultiviert. Der Reaktor zeichnet sich durch einen hohen Automatisierungsgrad aus und bietet viel Volumen auf nur wenig Fl\u00e4che. Das Verfahren wird so betrieben, dass die Mikroalgen aus dem anfallenden CO2<\/sub> St\u00e4rke als nutzbares Produkt herstellen. Die ben\u00f6tigten N\u00e4hrstoffe stammen dabei aus einem zweiten in Rheinfelden, diesmal in fester Form anfallenden Reststoffstrom: Ammoniumchlorid.<\/p>\n\n\n\n

Auch Mikroalgen sind unter bestimmten Bedingungen in der Lage, Wasserstoff zu bilden. Sie spalten hierzu Wasser mithilfe von Lichtenergie in Wasserstoff und Sauerstoff. <\/p>\n\n\n\n

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\u00bbUm den Prozess technisch nutzen zu k\u00f6nnen, muss der entstehende Sauerstoff auch hier kontinuierlich aus dem System entfernt werden, da er die Wasserstoffproduktion der Algenzellen hemmt\u00ab, erl\u00e4utert Dr. Ulrike Schmid-Staiger, Leiterin der Algenbiotechnologie am IGB<\/strong>. \u00bbEin g\u00e4nzlich neuer Photobioreaktortyp, der hierzu entwickelt wurde, wird in wenigen Wochen in die Bioraffinerie integriert, um die Gesamtausbeute an Biowasserstoff weiter zu erh\u00f6hen\u00ab, so die Expertin.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Prozessmodell zur Bewertung<\/h3>\n\n\n\n

Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Produktionstechnik und Automatisierung beteiligt sich an dem Projekt mit der Erstellung eines Prozessmodells, das die wichtigsten Inputs und Outputs des gesamten Bioraffineriekonzepts vorhersagen kann. Das Modell bildet auch die Grundlage f\u00fcr die \u00f6kologische und \u00f6konomische Bewertung der Bioraffinerie. <\/p>\n\n\n\n

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\u00bbSo k\u00f6nnen Verbesserungspotenziale identifiziert und die Entwicklung der eingesetzten Technologien gesteuert werden\u00ab, sagt Edgar Gamero Fajardo vom Fraunhofer IPA.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00bbAuf Basis der praktischen Erfahrungen k\u00f6nnen wir anschlie\u00dfend ermitteln, ob sich eine Anlage im industriellen Ma\u00dfstab auch wirtschaftlich rentieren w\u00fcrde. Wichtig ist dabei, dass wir einen hohen Grad an Automatisierung vorgesehen haben, um die Ausbeute der Anlage zu verbessern\u00ab, so Schlie\u00dfmann<\/strong>. Aber auch die eingesparten Entsorgungs- und Transportkosten tragen zur Gesamtbilanz bei.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

F\u00f6rderung des Projekts<\/h3>\n\n\n\n

Das Projekt \u00bbSmartBioH2<\/sub>-BW \u2013 Biowasserstoff aus industriellen Abwasser- und Reststoffstr\u00f6men als Plattform f\u00fcr vielseitige Biosynthesewege\u00ab wird von Oktober 2021 bis Oktober 2024 durch das Ministerium f\u00fcr Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-W\u00fcrttemberg im Rahmen des EFRE-Programms \u00bbBio\u00f6konomie \u2013 Bioraffinerien zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfall und Abwasser \u2013 Bio-Ab-Cycling\u00ab gef\u00f6rdert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Am Samstag, den 3. August 2024, er\u00f6ffnete Umweltstaatssekret\u00e4r Dr. Andre Baumann die Demonstrationsanlage SmartBioH2-BW in Rheinfelden (Baden). Die Bioraffinerie wurde im Rahmen des vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB koordinierten Projekts am Industriestandort von Evonik aufgebaut. Sie nutzt in der Produktion anfallende Sp\u00fclw\u00e4sser und Reststoffe, um daraus mithilfe zweier gekoppelter biotechnologischer Verfahren \u00bbgr\u00fcnen\u00ab Wasserstoff […]<\/p>\n","protected":false},"author":114,"featured_media":149502,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"SmartBioH2-BW Station bei Sommertour von Staatssekret\u00e4r Dr. Andre Baumann","footnotes":""},"categories":[5572,17143],"tags":[10608,15209,11841,13255],"supplier":[43,649,3148,21804,24679],"class_list":["post-149500","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-bio-based","category-recycling","tag-biooekonomie","tag-bioraffinerien","tag-kreislaufwirtschaft","tag-wasserstoff","supplier-evonik-industries-ag","supplier-fraunhofer-institut-fuer-grenzflaechen-und-bioverfahrenstechnik-igb","supplier-fraunhofer-institut-fuer-produktionstechnik-und-automatisierung-ipa","supplier-institut-fur-biomaterialien-und-biomolekulare-systeme-ibbs-universitat-stuttgart","supplier-universitat-stuttgart-institut-fur-energieeffizienz-in-der-produktion-eep"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/149500","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/114"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=149500"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/149500\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media\/149502"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=149500"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=149500"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=149500"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=149500"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}