Ein wichtiger Ausgangsstoff fruchtiger Aromen f\u00fcr die Lebens- und Futtermittelindustrie sowie f\u00fcr die Kosmetikbranche ist die Butters\u00e4ure. Bei der Biogasproduktion f\u00e4llt sie als Zwischenprodukt an. Dort k\u00f6nnte sie abgezweigt und zur Aromaproduktion genutzt werden \u2013 das technologische und bio\u00f6konomische Potenzial dieser Verwertung lotet ein neues Verbundprojekt aus.<\/p>\n
Es ist schon erstaunlich, welche Wohlger\u00fcche durch Veresterung der stechend und \u00e4u\u00dferst unangenehm riechenden Butters\u00e4ure entstehen. Parfum, Lik\u00f6re, S\u00e4fte \u2013 das gewisse aromatische Etwas erhalten diese Produkte h\u00e4ufig durch Zusatz von Butters\u00e4ureester, deren Geruch an Apfel, Ananas, Aprikose oder Erdbeere erinnert. Das hat seinen Grund, denn diese Ester kommen tats\u00e4chlich nat\u00fcrlicherweise in Fr\u00fcchten und anderen Pflanzenteilen vor. Die Butters\u00e4ure selbst f\u00e4llt unter anderem bei der Verg\u00e4rung von pflanzlichem Material in der Biogasproduktion an. Butter- oder chemisch Butans\u00e4ure ist ein Stoffwechselprodukt der Mikroorganismen, die die pflanzlichen Substrate zersetzen. Sie arbeiten anaerob, brauchen also keinen Sauerstoff f\u00fcr ihren Stoffwechsel. Damit sind sie die Idealbesetzung f\u00fcr die gro\u00dfen Bioreaktoren (Fermenter), in denen die Verg\u00e4rung bei der Biogasproduktion abl\u00e4uft.<\/p>\n
Forscher der Universit\u00e4t Hohenheim und ihre Projektpartner vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Chemische Technologie ICT, vom EIfER Europ\u00e4isches Institut f\u00fcr Energieforschung EDF-KIT EWIV und der LIPP GmbH untersuchen im Verbundvorhaben \u201eEntwicklung effizienter zweiphasiger Biogasanlagen \u00fcber eine gekoppelte energetische und stoffliche Nutzung nach Abtrennung von Hydrolyseprodukten (Optig\u00e4r)\u201d, wie man bei der Biogasproduktion eine Art Bypass legen k\u00f6nnte, um die Butters\u00e4ure \u2013 und vielleicht auch andere wirtschaftlich interessante Carbons\u00e4uren \u2013 abzusch\u00f6pfen. Da die S\u00e4uren f\u00fcr die Biogasproduktion nicht gebraucht werden, d\u00fcrfte das den Prozessablauf nicht weiter st\u00f6ren. Allerdings k\u00f6nnte die Butters\u00e4uregewinnung zulasten der Menge an Biogas gehen, die eine bestimmte Substratmenge gew\u00f6hnlich abwirft. \u201eSchlie\u00dflich entnehmen wir organische Substanz, die f\u00fcr den Prozess dann nicht mehr zur Verf\u00fcgung steht. Inwiefern das wirtschaftlich relevant ist, m\u00fcssen wir noch untersuchen\u201c, sagt Dr. sc. agr. Hans Oechsner, Leiter der Landesanstalt f\u00fcr Agrartechnik und Bioenergie an der Universit\u00e4t Hohenheim. Er ist Koordinator des Verbundprojekts, das von seinem Doktoranden M.Sc. J\u00f6rg Steinbrenner bearbeitet wird. Mit Mitteln des Bundesministeriums f\u00fcr Ern\u00e4hrung und Landwirtschaft (BMEL) wird das gesamte Verbundvorhaben \u201eOptig\u00e4r\u201c unter der Projekttr\u00e4gerschaft der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) mit rund 800.000 Euro gef\u00f6rdert.<\/p>\n
Silierung: nicht gesch\u00fcttelt, nicht ger\u00fchrt
\nAuf der Suche nach einem geeigneten Substrat machten die Hohenheimer Forscher die ersten Versuche mit angewelktem Gras. \u201eIm gro\u00dfen Ma\u00dfstab wollen wir von Grassilage ausgehen, da sie ein lagerstabiles, einfach zu beschaffendes Substrat ist, das h\u00e4ufig zur Biogasproduktion eingesetzt wird\u201c, erkl\u00e4rt Oechsner.<\/p>\n
Grassilage enth\u00e4lt nat\u00fcrlicherweise einen ganzen Zoo an Mikroorganismen. Hier gilt es, diejenigen besonders zu f\u00f6rdern, die viel Butters\u00e4ure herstellen. \u201e\u00dcber die gezielte Wahl der Umgebungsbedingungen im Bioreaktor wie Temperatur und pH-Wert wollen wir bestimmte Mikroorganismen f\u00f6rdern und andere hemmen. Ger\u00fchrt wird jedoch nicht\u201c, sagt Steinbrenner. Normalerweise dominieren zu Beginn der etwa 90-t\u00e4gigen Silierzeit Milchs\u00e4urebakterien, die eben genau das, also Milchs\u00e4ure produzieren. Diese kann sp\u00e4ter von anderen Bakterien, den Clostridien, zu Butters\u00e4ure verarbeitet werden. Der Vorgang findet vor allem statt, wenn der pH-Wert der Silage durch die Milchs\u00e4urebildung nicht weit genug absinkt um die Biomasse zu konservieren \u2013 dann \u00fcbernehmen mit der Zeit die Clostridien die Vorherrschaft.<\/p>\n
Auch an anderen Schrauben drehen die Forscher. Sie reduzieren zum Beispiel den Anteil an Trockensubstanz, indem sie Wasser oder feuchtes Substrat aus verschiedenen Stufen der Biogasgewinnung zugeben. Eine der fr\u00fchen Stufen ist die Hydrolyse. Sie l\u00e4uft je nach Anlage zusammen oder getrennt von den weiteren Umsetzungen in zunehmend kleinmolekulare Produkte ab. \u201eUnser Ziel ist ein zweistufiges Verfahren, um durch die r\u00e4umliche und zeitliche Trennung mehr Einflussm\u00f6glichkeiten auf die G\u00e4rprozesse und die jeweils beteiligten Mikroorganismen zu haben\u201c, so Oechsner. Alternativ untersucht er mit seinem Team auch, ob es Sinn macht, ohne Silierung ausschlie\u00dflich das Substrat aus der Hydrolyse zur Butters\u00e4uregewinnung zu verwenden. So oder so ist es prozess- und ger\u00e4tetechnisch eine Herausforderung, die richtigen Bedingungen zu finden, um wirtschaftlich verwertbare Mengen an Butters\u00e4ure zu erhalten, die zudem auch noch so rein wie m\u00f6glich anfallen sollten. Deshalb arbeiten die Hohenheimer Forscher mit externen Spezialisten f\u00fcr Trenntechnik zusammen.<\/p>\n
Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Chemische Technologie ICT in Pfinztal bringt Know-how ein, um die Butters\u00e4ure mithilfe spezieller Membranen von anderen Stoffwechselprodukten zu trennen. \u201eDie Idee ist, das Material aus dem Fermenter abzupressen und den Presssaft dann \u00fcber Membranen zu filtern und \u00fcber ein Extraktionsverfahren aufzukonzentrieren, um eine L\u00f6sung mit hochprozentigem S\u00e4uregehalt zu bekommen\u201c, erkl\u00e4rt Steinbrenner. Die verbleibenden Feststoffe k\u00f6nnen in jedem Fall wieder in den Prozess der Biogasgewinnung zur\u00fcckgef\u00fchrt werden. Die Verfahrensdetails werden im laufenden Projekt ausgearbeitet. Daran ist auch die Lipp GmbH aus Tannhausen im \u00f6stlichen W\u00fcrttemberg als Projektpartner beteiligt. \u201eSie unterst\u00fctzen uns beratend dabei, die Bedingungen zu beurteilen, unter denen m\u00f6glichst viel Butters\u00e4ure erzeugt werden kann. Und sie steuern wertvolle Erfahrungen aus der Praxis der Biogaserzeugung und Silierung bei\u201c, so Oechsner. Zus\u00e4tzlich soll extern die Zusammensetzung der Population an Mikroorganismen im Prozessverlauf untersucht werden. Hiervon erhoffen sich die Forscher Erkenntnisse dazu, wann und wie die Mischung gezielt ver\u00e4ndert werden kann, um eine bessere Ausbeute zu erhalten.<\/p>\n
Einen wichtigen Part spielt in allen Phasen des Projekts das\u00a0EIfER als weiterer Partner. Das Institut in Karlsruhe untersucht das Verfahren aus bio\u00f6konomischer Sicht und nimmt zus\u00e4tzlich eine Umweltbewertung vor. Es erstellt bio\u00f6konomische und \u00f6konomische Bilanzen und macht Potenzialabsch\u00e4tzungen, auch aus kommerzieller Sicht. \u201eSie bewerten das Life-Cycle-Management ganzheitlich. Die Potenzialabsch\u00e4tzungen dienen uns dann auch dazu, die passende Verwertungsrichtung zu definieren\u201c, sagt Oechsner. Das prim\u00e4re Projektziel sei es zwar, Butters\u00e4ure zu erzeugen, aber die Partner analysieren auch, welche Stoffe sonst noch bei der Substratverg\u00e4rung anfallen. Bereits bekannt ist, dass auch Bernstein- oder chemisch Butandis\u00e4ure entsteht \u2013 eine weitere Carbons\u00e4ure, die ebenfalls als Plattformchemikalie dient. Aus ihr werden zum Beispiel L\u00f6sungsmittel und Weichmacher synthetisiert. Die Hohenheimer Forscher denken auch \u00fcber weitere Nutzungsm\u00f6glichkeiten der Carbons\u00e4uren aus den Prozessen nach. \u201eDie mit dem Projekt gewonnenen Erkenntnisse k\u00f6nnen zum Beispiel auch dazu f\u00fchren, die Carbons\u00e4urel\u00f6sung f\u00fcr die Herstellung von Futtermischungen zu nutzen, um diese zu stabilisieren oder etwa, um deren bessere Verdaulichkeit zu erzielen\u201c, so Oechsner.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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