{"id":154923,"date":"2024-12-10T07:05:00","date_gmt":"2024-12-10T06:05:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=154923"},"modified":"2024-12-04T13:44:21","modified_gmt":"2024-12-04T12:44:21","slug":"biowasserstoff-aus-holzabfallen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biowasserstoff-aus-holzabfallen\/","title":{"rendered":"Biowasserstoff aus Holzabf\u00e4llen"},"content":{"rendered":"\n\n
\n
\"\"
Die Bakterien wachsen mit den aus dem Holz gewonnenen Zuckern und bilden dabei Wasserstoff und CO2<\/sub>. \u00a9 Fraunhofer IGB<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Holzabf\u00e4lle werden bislang kostenintensiv entsorgt und in Verbrennungsanlagen allenfalls energetisch verwertet. In der Region Schwarzwald nutzen Fraunhofer-Forschende die wertvolle Ressource zur Herstellung von Biowasserstoff. Im Verbundvorhaben H2<\/sub>Wood \u2013 BlackForest wurden eigens Fermentationsverfahren mit wasserstoffproduzierenden Bakterien und Mikroalgen zur biotechnologischen Erzeugung des gr\u00fcnen Energietr\u00e4gers entwickelt. Bereits 2025 soll eine Pilotanlage zur Produktion von Biowasserstoff in Betrieb genommen werden. Eine im Rahmen des Projekts ver\u00f6ffentlichte Untersuchung beleuchtet dar\u00fcber hinaus die Potenziale, Barrieren und Handlungsma\u00dfnahmen zur regenerativen Wasserstofferzeugung aus Rest- und Altholz in der Region Schwarzwald.<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

In der Region Schwarzwald sind zahlreiche holzverarbeitende Unternehmen ans\u00e4ssig, unter anderem haben sich dort viele M\u00f6belhersteller niedergelassen. Bei der Verarbeitung der M\u00f6bel, aber auch bei der Entsorgung von Paletten und beim Abbruch von Geb\u00e4uden fallen gro\u00dfe Mengen an Holzabf\u00e4llen an, die bislang in Verbrennungsanlagen entsorgt werden. Da Altholz h\u00e4ufig Holzschutzmittel enth\u00e4lt, die aufgrund ihrer gesundheitssch\u00e4dlichen Wirkung l\u00e4ngst verboten sind, muss die Abluft der Verbrennung zudem kostenintensiv gereinigt werden. F\u00fcr Fraunhofer-Forschende war dies der Anlass, nach alternativen Nutzungsm\u00f6glichkeiten des regionalen Holzabfalls zu suchen. Die Idee: Man k\u00f6nnte das Rest- und Altholz f\u00fcr die Herstellung von regenerativem Wasserstoff verwenden und mithilfe biotechnologischer Prozesse Biowasserstoff aus den Abf\u00e4llen gewinnen \u2013 ganz im Sinne einer holzbasierten Kreislaufwirtschaft. Der Trick: Die Forschenden nutzen den aus dem Holz gewonnenen Zucker f\u00fcr die Produktion von Wasserstoff mittels Bakterien. Dabei entstehendes CO2<\/sub> setzen sie f\u00fcr die Herstellung von Mikroalgen ein, die auch Wasserstoff produzieren k\u00f6nnen. An der Realisierung des 2021 initiierten Verbundvorhabens H2<\/sub>Wood \u2013 BlackForest sind neben dem Fraunhofer-Institut f\u00fcr Grenzfl\u00e4chen- und Bioverfahrenstechnik IGB und dem Fraunhofer-Institut f\u00fcr Produktionstechnik und Automatisierung IPA auch die Universit\u00e4t Stuttgart, Institut f\u00fcr industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, und der Campus Schwarzwald beteiligt. Das Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung BMBF f\u00f6rdert das Projekt mit 12 Millionen Euro.<\/p>\n\n\n\n

Der Herstellungsprozess des Biowasserstoffs startet mit der Vorbehandlung des Alt- und Restholzes. Zun\u00e4chst werden die Holzabf\u00e4lle, etwa Paletten oder alte Garten-z\u00e4une, aufgeschlossen und in ihre Grundbestandteile zerlegt. Hierzu kochen die Forschenden das Holz unter Druck bei bis zu 200 \u00b0C in einem Ethanol-Wasser-Gemisch. Lignin sowie Klebstoffe, L\u00f6semittel und Lacke aus den Holzabf\u00e4llen l\u00f6sen sich im Ethanol, sodass die chemischen St\u00f6rstoffe hierbei von der Holzfaser getrennt werden. Im n\u00e4chsten Schritt wird die beim Kochen \u00fcbrigbleibende Holzfaserfraktion, die Cellulose, und teilweise die Hemicellulose in einzelne Zuckermolek\u00fcle \u2013 Glucose und Xylose \u2013 gespalten, die den wasserstoffproduzierenden Mikroorganismen als Futter bzw. als Substrat dienen. <\/p>\n\n\n\n

\n

\u00bbDas Trennen von Holz in seine Fraktionen ist ein Prozess, der Erfahrung voraussetzt. Wir nutzen hier unsere jahrelange Expertise, die wir mit dem Aufbau unserer Lignocellulose-Bioraffinerie in Leuna erwerben konnten\u00ab, sagt Dr. Ursula Schlie\u00dfmann, stellvertretende Institutsleiterin am Fraunhofer IGB in Stuttgart<\/strong>, bei dem die Projektkoordination und die Technologieentwicklung liegt.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

F\u00fcr die Umwandlung der gewonnenen Zucker in Wasserstoff haben die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IGB zwei miteinander verkn\u00fcpfte Fermentationsverfahren mit wasserstoffproduzierenden Bakterien und Mikroalgen etabliert.<\/p>\n\n\n\n

Neben Wasserstoff fallen kohlenstoffbasierte Koppelprodukte an<\/h3>\n\n\n\n

Bei der Vorbehandlung fallen Nebenprodukte an wie Lignin und bei der biotechnolo-gischen Umwandlung des Holzes wird neben Wasserstoff CO2<\/sub> freigesetzt, das \u00fcber die Mikroalgenproduktion zu Koppelprodukten wie beispielsweise St\u00e4rke und Carotinoiden umgewandelt wird. <\/p>\n\n\n\n

\n

Dr. Schlie\u00dfmann<\/strong> erl\u00e4utert den Kaskaden-Prozess: \u00bbBei der Fraktionierung des Holzes werden die Holzfasern von Lignin befreit, das neben Cellulose und Hemicellulose zwanzig bis drei\u00dfig Prozent der Holzzellwandsubstanz bildet. Dieses Lignin, als eines der Koppelprodukte, ist vielseitig einsetzbar \u2013 etwa in Verbundwerkstoffen. Ein Anwendungsbeispiel sind Verschalungen im Auto.\u00ab<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Aus den langen Zuckerkettenmolek\u00fclen der Cellulose wiederum wird Glucose gebildet, die in den Fermenter mit Bakterien gegeben und als Kohlenstoff-Quelle dem Bakterienwachstum dient. Die Bakterien produzieren Wasserstoff und CO2<\/sub>. Aus dem Gasgemisch trennen die Forschenden das CO2<\/sub> ab und f\u00fchren es dem Algenreaktor, einem Photobioreaktor, zu. Die Mikroalgen sind in der Lage, als Kohlenstoff-Quelle CO2<\/sub> zu nutzen, und sich zu vermehren. Anders als Bakterien ben\u00f6tigen sie keinen Zucker. <\/p>\n\n\n\n

\n

\u00bbDie Stoffwechselprodukte der Bakterien, also der vermeintliche Abfallstrom CO2<\/sub>, stellt also die Nahrung f\u00fcr die Mikroalgen dar und geht nicht als sch\u00e4dliches Klimagas in die Abluft. Die Mikroalgen synthetisieren daraus unter Lichteinfluss Carotinoide bzw. Pigmente als weitere, von unterschiedlichen Industriebranchen verwertbare Koppelprodukte.\u00ab<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

In einem zweiten Schritt werden die Mikroalgen in einen speziell daf\u00fcr entwickelten Reaktor \u00fcberf\u00fchrt, in dem sie mittels direkter Photolyse Wasserstoff freisetzen.<\/p>\n\n\n\n

Biotechnologisches Verfahren mit hoher Wasserstoff-Ausbeute<\/h3>\n\n\n\n
\n

Die Projektpartner rechnen mit einer hohen Ausbeute: Aus einem Kilogramm Altholz lassen sich zun\u00e4chst etwa 0,2 Kilogramm Glucose gewinnen. \u00bbAnschlie\u00dfend k\u00f6nnen wir damit mit anaeroben Mikroorganismen 50 Liter H2<\/sub>herstellen\u00ab, sagt Dr. Schlie\u00dfmann. <\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Bei der Fermentation mit den anaeroben Bakterien entsteht auch zu gleichen Anteilen, also 50 Prozent, CO2<\/sub>. Nach Abtrennung des Wasserstoffs aus dem Gasgemisch lassen sich aus ca. zwei Kilogramm CO2<\/sub> im Photobioreaktor ein Kilogramm Mikroalgenbiomasse erzeugen. Diese Biomasse hat einen St\u00e4rkegehalt von bis zu 50 Prozent. Zudem enth\u00e4lt sie das Farbpigment Lutein. Das Koppelprodukt Algenbiomasse k\u00f6nnte beispielsweise mittels Bakterien f\u00fcr Kunststoffkomponenten genutzt werden.<\/p>\n\n\n\n

Die modular erweiterbare Pilotanlage mit den drei Biorektoren wird derzeit aufgebaut. Anfang 2025 soll die Bioraffinerie am Campus Schwarzwald den Betrieb aufnehmen. Unterschiedliche Prozessschritte lassen sich k\u00fcnftig modular kombinieren \u2013 eine ideale Voraussetzung f\u00fcr die Erprobung neuer Technologien.<\/p>\n\n\n\n

Wasserstoff-Roadmap f\u00fcr die Region Schwarzwald<\/h3>\n\n\n\n

Im Projekt widmet sich das Fraunhofer IPA gemeinsam mit dem Institut f\u00fcr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF im Rahmen einer Untersuchung der Frage, wie der lokale Bedarf an gr\u00fcnem Wasserstoff in den Sektoren Industrie, Verkehr sowie Haushalte und Geb\u00e4ude gedeckt werden kann und welche Mengen an Rest- und Altholz f\u00fcr dessen Erzeugung verf\u00fcgbar sind. Ergebnis dieser Wasserstoff-Roadmap sind zudem Handlungsempfehlungen f\u00fcr den Ausbau der Wasserstoffwirtschaft in der Region Schwarzwald. Die vorgeschlagenen Ma\u00dfnahmen umfassen die F\u00f6rderung von Forschung und Entwicklung, den Ausbau der regionalen Wasserstoffinfrastruktur sowie die St\u00e4rkung der Sektorkopplung, um den Wasserstoff als integralen Bestandteil der Energiewende zu etablieren.<\/p>\n\n\n\n

\n

\u00bbDie Untersuchung zeigt, dass die Region Schwarzwald ein signifikantes Potenzial f\u00fcr die Erzeugung von Wasserstoff aus lokalen Ressourcen besitzt, dieses Potenzial jedoch nur durch die Weiterentwicklung der Technologien und den Ausbau der Infrastruktur vollst\u00e4ndig ausgesch\u00f6pft werden kann\u00ab, sagt Vladimir Jelschow, Wissenschaftler am IPA und einer der Autoren der Wasserstoff-Roadmap.<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Holzabf\u00e4lle werden bislang kostenintensiv entsorgt und in Verbrennungsanlagen allenfalls energetisch verwertet. In der Region Schwarzwald nutzen Fraunhofer-Forschende die wertvolle Ressource zur Herstellung von Biowasserstoff. Im Verbundvorhaben H2Wood \u2013 BlackForest wurden eigens Fermentationsverfahren mit wasserstoffproduzierenden Bakterien und Mikroalgen zur biotechnologischen Erzeugung des gr\u00fcnen Energietr\u00e4gers entwickelt. Bereits 2025 soll eine Pilotanlage zur Produktion von Biowasserstoff in Betrieb […]<\/p>\n","protected":false},"author":114,"featured_media":154873,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","nova_meta_subtitle":"Holzbasierte Kreislaufwirtschaft","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[10608,19323,25139,11841,12421,13255],"supplier":[187,19908,1201,649,3148,781],"class_list":["post-154923","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-bio-based","tag-biooekonomie","tag-grunerwasserstoff","tag-holzbasiert","tag-kreislaufwirtschaft","tag-mikroalgen","tag-wasserstoff","supplier-bundesministerium-fuer-bildung-und-forschung-bmbf","supplier-campus-schwarzwald-ggmbh","supplier-fraunhofer-institut-fuer-fabrikbetrieb-und-automatisierung-iff","supplier-fraunhofer-institut-fuer-grenzflaechen-und-bioverfahrenstechnik-igb","supplier-fraunhofer-institut-fuer-produktionstechnik-und-automatisierung-ipa","supplier-universitaet-stuttgart"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/154923","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=154923"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/154923\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media\/154873"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=154923"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=154923"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=154923"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=154923"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}