{"id":76703,"date":"2020-07-22T07:26:37","date_gmt":"2020-07-22T05:26:37","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=76703"},"modified":"2020-07-21T08:00:34","modified_gmt":"2020-07-21T06:00:34","slug":"schaufenster-biooekonomie-aus-pflanzenabfaellen-entstehen-high-tech-materialien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/schaufenster-biooekonomie-aus-pflanzenabfaellen-entstehen-high-tech-materialien\/","title":{"rendered":"Schaufenster Bio\u00f6konomie: Aus Pflanzenabf\u00e4llen entstehen High-Tech-Materialien"},"content":{"rendered":"

Es ist nur eine Frage der Zeit, bis Kohle und Erd\u00f6l zur Neige gehen. Eine unersch\u00f6pfliche Alternative k\u00f6nnten Pflanzenabf\u00e4lle sein, die \u00fcber spezielle Verfahren in hochwertige Kohlenstoff-Materialien umgewandelt werden. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse und Technologien f\u00fcr die Herstellung derartiger Stoffe zu gewinnen, die dann zu kommerziellen Produkten verarbeitet werden k\u00f6nnen, ist das Ziel des von der Europ\u00e4ischen Union gef\u00f6rderten Projektes GreenCarbon. Oder vereinfacht ausgedr\u00fcckt: \u201eGreenCarbon untersucht Verfahren, um aus Biomasse interessante Produkte zu erzeugen\u201c, fasst Prof. Dr. Andrea Kruse von der Universit\u00e4t Hohenheim in Stuttgart zusammen. Unter ihrer Leitung beteiligen sich seit 2016 Mitarbeiter des Fachgebietes Konversionstechnologien nachwachsender Rohstoffe an dem internationalen, multidisziplin\u00e4ren Forschungsprojekt. Mit einer F\u00f6rdersumme von 500.000 Euro f\u00fcr die Universit\u00e4t Hohenheim stellt es ein Schwergewicht der Forschung dar.<\/strong><\/p>\n

\"csm_TT_Humboldt-Biokohle_044_Untermann_02_3048a4b5a5\"<\/a>
M\u00f6gliche Alternative zu Kohle und Erd\u00f6l: Ein Team der Universit\u00e4t Hohenheim erforscht Bioraffinerie-Verfahren, die pflanzliche Biomasse in hochmoderne Kohlenstoff-Materialien umwandeln. | Bildquelle: Universit\u00e4t Hohenheim \/ Astrid Untermann<\/figcaption><\/figure>Die Vorstellung ist bestechend: Nach und nach k\u00f6nnten in den kommenden Jahren Kohle und Erd\u00f6l \u2013 Ausgangsstoffe f\u00fcr die Herstellung von Kunststoffen, Farbstoffen und Materialien \u2013 durch erneuerbare Ressourcen ersetzt werden. Vorausgesetzt, sie sind einerseits einfach zu synthetisieren und kosteng\u00fcnstig, erf\u00fcllen andererseits aber auch spezifische Anforderungen. Kohlenstoffmaterialien, die aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt werden, wie z. B. aus pflanzlicher Biomasse, sind hier ideale Kandidaten.<\/p>\n

Pflanzenabf\u00e4lle k\u00f6nnten erd\u00f6lbasierte Produkte ersetzen …<\/h3>\n

\u201ePflanzen bauen chemische Strukturen auf, die Menschen als Ersatz f\u00fcr erd\u00f6lbasierte Produkte nutzen k\u00f6nnen\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Dr. Kruse. Durch komplexe Verkohlungsprozesse, die Karbonisierung, k\u00f6nnen unterschiedlichste Biomassen zu Kohlenstoffmaterialien umgewandelt werden.<\/p>\n

F\u00fcr trockene Biomassen mit nicht mehr als 10 Prozent Wassergehalt, wie Heu, Holz oder Stroh, kann dabei das Pyrolyse-Verfahren eingesetzt werden, bei dem das Ausgangsmaterial unter Sauerstoffabschluss und hohen Temperaturen verkohlt wird, \u00e4hnlich wie in einem Holzkohlemeiler.<\/p>\n

Feuchte Biomassen dagegen, die zu 80 – 90 Prozent aus Wasser bestehen, werden in der so genannten hydrothermalen Karbonisierung (HTC) in einen kohlenstoffhaltigen Feststoff umgewandelt. Bei Temperaturen zwischen 180 und 250 Grad Celsius unter leicht erh\u00f6htem Druck, vergleichbar einem Schnellkochtopf, entstehen dabei durch verschiedene chemische Prozesse Kohlenstoffnanostrukturen, die technologisch sehr interessante Eigenschaften aufweisen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Anwendungsm\u00f6glichkeiten solcher Hydrokohlen sind z.B. Aktivkohlen zur Reinigung von Luft, Gasen oder (Ab-)Wasser, Speichermedien f\u00fcr Wasserstoff, Elektrodenmaterialien f\u00fcr Batterien und Brennstoffzellen oder Superkondensatoren, wie sie unter anderem f\u00fcr die Herstellung von E-Autos ben\u00f6tigt werden.<\/p>\n

… und trotzdem Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermeiden<\/h3>\n

Um Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion zu vermeiden, setzt Prof. Dr. Kruse bevorzugt auf Ausgangsmaterialien, die in der Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion als Nebenprodukte oder Abfall anfallen, wie z.B. Gem\u00fcsebl\u00e4tter, Stroh oder auch G\u00e4rreste, die bei der Verg\u00e4rung von Biomasse in einer Biogasanlage zur\u00fcckbleiben. So k\u00f6nnen landwirtschaftliche Abf\u00e4lle genutzt und gleichzeitig neue hochwertige Produkte hergestellt werden.<\/p>\n

F\u00fcr ihre Forschung verwendet sie vor allem Biertreber, also die bei der Bierherstellung anfallenden R\u00fcckst\u00e4nde des Braumalzes, die sich durch einen hohen Eiwei\u00dfgehalt auszeichnen. Bei der HTC wird der im Eiwei\u00df enthaltene Stickstoff in das Kohlenstoffger\u00fcst eingebaut. So entstehen Materialien, die unter Umst\u00e4nden sogar besser sind als die auf dem Markt befindlichen und die z.B. in Energiespeichern als Superakkumulatoren eingesetzt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Das richtige Verfahren f\u00fcr das gew\u00fcnschte Produkt finden<\/h3>\n

Allerdings erfordern die unterschiedlichen Anwendungen auch unterschiedliche Eigenschaften der Hydrokohlen: F\u00fcr die Nutzung als Brennstoff soll der Asche- und Stickstoffgehalt m\u00f6glichst niedrig sein, bei der Verwendung als Langzeitd\u00fcnger hingegen ist ein hoher Mineralien- und Stickstoffgehalt w\u00fcnschenswert.<\/p>\n

Bisher sind die chemischen Prozesse der Verfahren und ihr Einfluss auf die Produkteigenschaften nicht genau bekannt. Die zielgerichtete Herstellung von Materialien mit definierten Eigenschaften ist daher schwierig, wenn nicht unm\u00f6glich. Deswegen untersucht das Team nicht nur, welchen Einfluss welche Stellgr\u00f6\u00dfe auf das Endergebnis hat, sondern hat auch ein neuartiges kaskadiertes HTC-Verfahren mit anschlie\u00dfender Pyrolyse entwickelt.<\/p>\n

\u201eWir m\u00fcssen zun\u00e4chst vor allem die wesentlichen Prozesse des Verfahrens verstehen\u201c, sagt Prof. Dr. Kruse. Dabei ist es ihr allerdings wichtig, nicht nur reine Grundlagenforschung zu betreiben: \u201eBei allen unseren Untersuchungen ist das langfristige Ziel immer, die Prozesse aus dem Laborma\u00dfstab auch im gro\u00dfen, industriellen Ma\u00dfstab anwenden zu k\u00f6nnen.\u201c<\/p>\n

So konnten bisher sowohl im Labor- als auch im Pilotanlagenma\u00dfstab bereits eine gro\u00dfe Anzahl von Experimenten in Hohenheim und im Fraunhofer-Zentrum f\u00fcr Chemisch-Biotechnologische Prozesse (CBP) in Leuna, einem der Projektpartner, durchgef\u00fchrt werden, um die am besten geeigneten Betriebsbedingungen hinsichtlich der Energieeffizienz sowie der Eigenschaften der hergestellten Kohle zu ermitteln.<\/p>\n

Produktergebnis weitgehend unabh\u00e4ngig von verwendeter Biomasse<\/h3>\n

Gerade bei der HTC zeigte sich, dass der Prozess so gesteuert werden kann, dass die verwendete Biomasse praktisch keinen Einfluss auf das Endprodukt hat. \u201eTrotz gro\u00dfer Unterschiede im Ausgangsmaterial entstehen bei der HTC immer \u00e4hnliche Spektren an Endsubstanzen,\u201c freut sich Prof. Dr. Kruse. Damit ist das Verfahren nicht auf eine Quelle beschr\u00e4nkt, sondern es k\u00f6nnen viele verschiedene Ausgangsmaterialien verwendet werden. Noch bessere Ergebnisse werden erreicht, wenn die Hydrokohle anschlie\u00dfend auch noch einer Pyrolyse unterzogen wird.<\/p>\n

Auch bei dem zweiten gro\u00dfen Ziel von GreenCarbon, der Ausbildung von Doktoranden, k\u00f6nnen sich die Ergebnisse sehen lassen: Insgesamt resultieren aus den Forschungsarbeiten der beiden Doktoranden, Pablo J. Arauzo Gimeno und Maciej Olszewiski, die Prof. Dr. Kruse betreute, zw\u00f6lf Ver\u00f6ffentlichungen.<\/p>\n

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HINTERGRUND: Das Projekt GreenCarbon<\/h3>\n

Der internationale Forschungsverbund GreenCarbon besch\u00e4ftigt sich mit der Frage, wie moderne, hoch entwickelte Materialien aus Bioabf\u00e4llen hergestellt werden k\u00f6nnen. Unter der Leitung der Universit\u00e4t von Saragossa untersuchen acht Forschungsinstitute und sieben Industriepartner alle Aspekte der Herstellung von ma\u00dfgeschneiderten Kohlenstoffmaterialien, angefangen beim Ausgangsmaterial \u00fcber dessen Verarbeitung bis hin zu seinen Anwendungsm\u00f6glichkeiten. Die gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse und Technologien sollen es erm\u00f6glichen, kommerzielle Produkte auf Kohlenstoff-Basis zu entwickeln, die z.B. als Energiespeicher, als Bodenverst\u00e4rker oder als CO2<\/sub>-Abscheider eingesetzt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

In einem speziellen Ausbildungsprogramm werden gleichzeitig 14 Doktoranden gef\u00f6rdert. Sie sollen dazu bef\u00e4higt werden, neue Technologien innerhalb und au\u00dferhalb des akademischen Bereichs einsetzen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Projektbeginn war der der 1. Oktober 2016, Projektende f\u00fcr das Gesamtprojekt ist der 30. September 2020. Die Arbeiten in Hohenheim wurden bereits zum 30. April 2020 abgeschlossen.<\/p>\n

Die Europ\u00e4ische Union finanziert GreenCarbon \u00fcber die Marie-Sk\u0142odowska-Curie-Ma\u00dfnahmen im Rahmenprogramm f\u00fcr Forschung und Innovation \u201eHorizont 2020\u201c mit insgesamt \u00fcber 3,5 Mio. Euro. Mit rund 500.000 Euro f\u00fcr die Universit\u00e4t Hohenheim geh\u00f6rt GreenCarbon dort zu einem der Schwergewichte der Forschung.<\/p>\n

HINTERGRUND: Schwergewichte der Forschung<\/h3>\n

33,9 Millionen Euro an Drittmitteln akquirierten Wissenschaftler der Universit\u00e4t Hohenheim 2019 f\u00fcr Forschung und Lehre. In loser Folge pr\u00e4sentiert die Reihe \u201eSchwergewichte der Forschung\u201c herausragende Forschungsprojekte mit einem finanziellen Volumen von mindestens 350.000 Euro f\u00fcr apparative Forschung bzw. 150.000 Euro f\u00fcr nicht-apparative Forschung.<\/p>\n

HINTERGRUND: Wissenschaftsjahr 2020 Bio\u00f6konomie<\/h3>\n

2020 steht das Wissenschaftsjahr im Zeichen der Bio\u00f6konomie \u2013 und damit einer nachhaltigen, biobasierten Wirtschaftsweise. Es geht darum, nat\u00fcrliche Stoffe und Ressourcen nachhaltig und innovativ zu produzieren und zu nutzen und so fossile und mineralische Rohstoffe zu ersetzen, Produkte umweltvertr\u00e4glicher herzustellen und biologische Ressourcen zu schonen. Das ist in Zeiten des Klimawandels, einer wachsenden Weltbev\u00f6lkerung und eines drastischen Artenr\u00fcckgangs mehr denn je notwendig. Das vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) ausgerichtete Wissenschaftsjahr Bio\u00f6konomie r\u00fcckt das Thema ins Rampenlicht.<\/p>\n

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Die Bio\u00f6konomie ist das Leitthema der Universit\u00e4t Hohenheim in Forschung und Lehre. Sie verbindet die agrarwissenschaftliche, die naturwissenschaftliche sowie die wirtschafts- und sozialwissenschaftliche Fakult\u00e4t. Im Wissenschaftsjahr Bio\u00f6konomie informiert die Universit\u00e4t Hohenheim in zahlreichen Veranstaltungen Fachwelt und \u00d6ffentlichkeit zum Thema.<\/p>\n

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Weitere Informationen<\/h3>\n

Projekt Green Carbon<\/a>
\nWissenschaftsjahr 2020 an der Universit\u00e4t Hohenheim<\/a>
\nBio\u00f6konomie Hohenheim<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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