{"id":87999,"date":"2021-05-10T07:37:54","date_gmt":"2021-05-10T05:37:54","guid":{"rendered":"https:\/\/news.bio-based.eu\/?p=87999"},"modified":"2021-06-18T19:31:56","modified_gmt":"2021-06-18T17:31:56","slug":"bioraffinerie-farm-uni-hohenheim-und-kit-forschen-an-gemeinsamem-technikum","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/bioraffinerie-farm-uni-hohenheim-und-kit-forschen-an-gemeinsamem-technikum\/","title":{"rendered":"Bioraffinerie-Farm: Uni Hohenheim und KIT forschen an gemeinsamem Technikum"},"content":{"rendered":"
\"TT_2021_03_04_Bioraffinerie_046_Max-Kovalenko\"
An ihrem Bioraffinerie-Technikum forscht die Universit\u00e4t Ho-henheim k\u00fcnftig gemeinsam mit dem Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologie (KIT). \u00a9 Universit\u00e4t Hohenheim \/ Max Kovalenko<\/figcaption><\/figure>\n

Kleine Bioraffinerien, angesiedelt direkt am Bauernhof: Sie sind der Schl\u00fcssel dazu, Kreisl\u00e4ufe zu schlie\u00dfen und so Natur, Umwelt und Klima zu sch\u00fctzen. Denn die Verwertung von Biomasse direkt vor Ort ist ein vielversprechender Ansatz daf\u00fcr. Sie kann den Menschen Lebensmittel, vielf\u00e4ltige Materialien sowie Energie liefern. Doch noch sind viele Fragen bei ihrer Realisierung ungekl\u00e4rt. Deswegen haben sich jetzt die Universit\u00e4t Hohenheim in Stuttgart und das Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie zu einer Initiative zusammengeschlossen, die wirtschaftliche und nachhaltige technische L\u00f6sungen entwickeln will: Die Bioraffinerie-Farm. Dazu wollen sie an der Versuchsstation \u201eUnterer Lindenhof\u201c der Universit\u00e4t Hohenheim eine bestehende Bioraffinerie-Anlage gemeinsam ausbauen \u2013 und dabei ihre jeweiligen technologischen Entwicklungen zusammenf\u00fchren.<\/strong><\/p>\n

Auf dem Bauernhof der Zukunft stellt der Landwirt \u2012 neben den herk\u00f6mmlichen landwirtschaftlichen Produkten \u2012 aus pflanzlicher Biomasse und organischen Reststoffen so genannte Basischemikalien her. Diese k\u00f6nnen als Ausgangsstoffe f\u00fcr biogene Kunststoffe oder Kraftstoffe dienen, die an anderer Stelle erzeugt werden. Die Reststoffe aus diesem Prozess wiederum werden in einer Biogasanlage energetisch verwertet und landen danach als D\u00fcnger wieder auf dem Feld.<\/p>\n

So stellen sich Prof. Dr. Andrea Kruse vom Fachgebiet Konversionstechnologien nachwachsender Rohstoffe an der Universit\u00e4t Hohenheim und Prof. Dr. Nicolaus Dahmen vom Institut f\u00fcr Katalyseforschung und -technologie (IKFT) des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologie (KIT) den Bioraffinerie-Bauernhof von morgen vor.<\/p>\n

Aber wie l\u00e4sst sich diese Vision konkret umsetzen? Ist sie auf einem Bauernhof oder nur im Zusammenschluss mehrerer H\u00f6fe umsetzbar? Wie m\u00fcssen nachhaltige wirtschaftliche und technische L\u00f6sungen aussehen? Welches sind die aussichtsreichen Produkte? An Antworten auf diese Fragen forschen das KIT und die Universit\u00e4t Hohenheim nun gemeinsam.<\/p>\n

Bioraffinerien als Schl\u00fcssel zum Erfolg<\/h3>\n

Vergleichbar mit Erd\u00f6l-Raffinerien kann in diesen Bioraffinerien aus pflanzlicher Biomasse eine breite Palette an chemischen Grundstoffen sowie Energie gewonnen werden. Ziel ist eine ganzheitliche, abfallfreie Verwertung der Biomasse. Um eine Konkurrenz mit der Lebensmittelproduktion zu vermeiden, werden Reststoffe oder Nebenprodukte aus dem landwirtschaftlichen Betrieb genutzt.<\/p>\n

Die Idee dahinter: \u201eWenn aus Biomasse Kunststoffe, neue Materialien oder Kraftstoffe hergestellt werden, wird Kohlenstoff gebunden\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Dr. Kruse. \u201eWerden diese biogenen Produkte dann am Ende Ihrer Nutzungsdauer zur Energieerzeugung verbrannt, wird nur dieselbe Menge an Kohlendioxid freigesetzt, die auch beim Verrotten des pflanzlichen Ausgangsmaterials entstehen w\u00fcrde. So k\u00f6nnen nicht nur fossile Brennstoffe, sondern auch CO2<\/sub>-Emissionen eingespart werden.\u201c<\/p>\n

Dabei k\u00f6nnen Bioraffinerien mehrere Produkte gleichzeitig herstellen. \u201eWenn man verschiedene Prozesse effizient hintereinanderschaltet, wird Biomasse entlang der ganzen Wertsch\u00f6pfungskette zu Lebensmitteln, Futtermitteln, Werkstoffen, Materialien, Chemikalien und Energie veredelt\u201c, betont Prof. Dr. Dahmen.<\/p>\n

Wie ein k\u00fcrzlich abgeschlossenes Projekt gezeigt hat, sind die bestehenden Verfahren und die resultierenden Produkte jedoch noch zu teuer. An dieser Stelle gibt es deutlichen Verbesserungsbedarf. Daher b\u00fcndeln das KIT und die Universit\u00e4t Hohenheim ihre Aktivit\u00e4ten und wollen verst\u00e4rkt gemeinsame Projekte mit weiteren Partnern starten.<\/p>\n

Kreisl\u00e4ufe schlie\u00dfen<\/h3>\n

\u201eUnser Hauptanliegen ist es, Kreisl\u00e4ufe zu schlie\u00dfen\u201c, beschreibt Prof. Dr. Kruse den gemeinsamen Ansatz. \u201eDiese Kreisl\u00e4ufe gab es fr\u00fcher. Sie sind aber im Laufe der Zeit durch die Expansion von Wirtschaftsr\u00e4umen verloren gegangen. Wir wollen jetzt aber nicht die alten Zeiten wieder heraufbeschw\u00f6ren, sondern die L\u00fccken mit modernen Technologien schlie\u00dfen.\u201c<\/p>\n

Prof. Dr. Dahmen erkl\u00e4rt die dahinterliegende Herausforderung: \u201eIm Wesentlichen geht es um eine vielseitige Kombination von chemisch-physikalischen Verfahrenstechniken mit biologischen und biotechnologischen Prozessen \u2013 und diese Aufgabe kann nur gemeinsam gel\u00f6st werden, besonders da die ganze Wertsch\u00f6pfungskette betrachtet werden soll.\u201c<\/p>\n

Know-how b\u00fcndeln<\/h3>\n

N\u00e4chster Meilenstein des Vorhabens ist der gemeinsame Ausbau und Betrieb einer bestehenden Bioraffinerie-Anlage an der Versuchsstation \u201eUnterer Lindenhof\u201c der Universit\u00e4t Hohenheim. Entscheidend dabei: Die Karlsruher und die Hohenheimer Forschenden wollen einzelne Komponenten, die in verschiedenen Projekten entwickelt worden sind, zusammenf\u00fchren und so Synergien nutzen.<\/p>\n

In Form einer repr\u00e4sentativen Technikumsanlage wird die m\u00f6glichst vollst\u00e4ndige stoffliche Verwertung von Biomasse zu so genannten Plattformchemikalien demonstriert. Diese dienen als wichtige Grundbausteine f\u00fcr die Herstellung von anderen Chemikalien und Materialien, um daraus schlie\u00dflich Endprodukte wie beispielsweise Sportbekleidung aus biogenen Kunststoffen oder synthetische Kunst- und Kraftstoffe herzustellen.<\/p>\n

Holz, Stroh und Gr\u00e4ser enthalten Lignozellulose als St\u00fctzsubstanz, die ihnen Stabilit\u00e4t verleiht. In der Bioraffinerie soll diese aufgespalten und die einzelnen Komponenten Cellulose, Hemicellulose und Lignin separat verwertet werden. Ein Karlsruher Verfahren zur Ligninspaltung wird dabei mit einem Hohenheimer Verfahren zur Verwertung von Lignozellulose gekoppelt. Dabei entstehen dann unter anderem Furfural und Phenole, mit denen beispielsweise biogene und damit formaldehydfreie Spanplatten und Sperrholz hergestellt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Damit k\u00f6nnten nicht nur Rest- und Nebenstr\u00f6me der landwirtschaftlichen Produktion verwertet werden, sondern auch fossile Ressourcen eingespart, die Wertsch\u00f6pfung gesteigert und die Stoffkreisl\u00e4ufe geschlossen werden. Andere Beispiele f\u00fcr diesen Ansatz, in dem Biomasse dezentral in Zwischenprodukte umgesetzt und diese dann zentral weiterverarbeitet werden, sind die On-farm-Bioraffinerie-Konzepte der Universit\u00e4t Hohenheim und das bioliq\u00ae<\/sup>-Verfahren des KIT.<\/p>\n

Kraftstoffe aus erneuerbarem Kohlenstofftr\u00e4ger<\/h3>\n

Beim Karlsruher bioliq\u00ae<\/sup>-Verfahren werden aus trockener Biomasse synthetische Kraftstoffe und chemische Grundprodukte hergestellt. \u201eBiomasse hat als einziger erneuerbarer Kohlenstofftr\u00e4ger eine besondere Bedeutung f\u00fcr die Herstellung von Kraft- und Brennstoffen sowie von organischen Grundchemikalien\u201c, ist Prof. Dr. Dahmen \u00fcberzeugt. Als Nebenprodukte entstehen W\u00e4rme und Strom, mit denen der Energiebedarf des Prozesses gedeckt werden kann.<\/p>\n

Um teure Transportwege einzusparen, kombiniert das Karlsruher Konzept die dezentrale Erzeugung eines energiereichen Zwischenproduktes, des Biosyncrude, mit seiner zentralen Umwandlung zu Synthesegas. Dieses wird anschlie\u00dfend zum gew\u00fcnschten Endprodukt, wie beispielsweise Kraftstoff, veredelt. Der ganze Prozess wird im KIT in einer gro\u00dfen Pilotanlage demonstriert und weiterentwickelt.<\/p>\n

Plattformchemikalien f\u00fcr biobasierte Kunststoffe<\/h3>\n

Mit der Koppelung von Lebensmittelproduktion und der Herstellung des Kunststoffs der Lebensmittelverpackung besch\u00e4ftigen sich die On-farm-Bioraffinerie-Konzepte von Prof. Dr. Kruse in Hohenheim. \u201ePflanzen bauen chemische Strukturen auf, die Menschen als Ersatz f\u00fcr erd\u00f6lbasierte Produkte nutzen k\u00f6nnen\u201c, erkl\u00e4rt sie.<\/p>\n

So arbeitet ihr Team unter anderem daran, aus Biomasse Hydroxymethylfurfural (HMF) herzustellen. Daraus lassen zum Beispiel Lebensmittelverpackungen, aber auch Getr\u00e4nkeflaschen, Fasern f\u00fcr Autositze, Nylon f\u00fcr Str\u00fcmpfe, Sportbekleidung oder Autoteile herstellen.<\/p>\n

Oft verf\u00fcgen solche biobasierten Kunststoffe auch \u00fcber bessere Eigenschaften als ihre aus Erd\u00f6l hergestellten \u00c4quivalente. So hat der aus HMF hergestellte Kunststoff PEF eine h\u00f6here mechanische Stabilit\u00e4t als das herk\u00f6mmliche PET. Dies erm\u00f6glicht die Verwendung d\u00fcnnerer Folien und Verpackungen. Das reduziert nicht nur die Material-, sondern auch die Transportkosten.<\/p>\n

Erschlie\u00dfung von zus\u00e4tzlichen Standorten und Rohstoffen<\/h3>\n

Dabei kann beispielsweise auch Gras von Wiesen verwertet werden, die als Bienenweide dienen und deshalb erst sp\u00e4t im Jahr gem\u00e4ht werden. Als Futter ist es wertlos. Es enth\u00e4lt aber ausreichende Mengen an Lignin und Zellulose, um in der Bioraffinerie verwertet zu werden. \u00c4hnliches gilt f\u00fcr Aufwuchs von Nassfl\u00e4chen, wie renaturiertem Moor, oder landwirtschaftlichen Nutzfl\u00e4chen, deren Bewirtschaftung sich sonst nicht mehr rentiert.<\/p>\n

Die Reststoffe aus diesen Bioraffinerie-Verfahren werden anschlie\u00dfend in der Biogasanlage in Energie umgewandelt, die zum einen die Prozesse in der Bioraffinerie selbst versorgt, aber auch in anderen Bereichen genutzt werden kann. Und selbst die in der Biogasanlage zur\u00fcckbleibenden Reste k\u00f6nnen noch verwertet werden: Durch komplexe Verkohlungsprozesse, die Karbonisierung, k\u00f6nnen daraus High-Tech-Kohlenstoffmaterialien erzeugt werden.<\/p>\n

Anwendungsm\u00f6glichkeiten daf\u00fcr sind zum Beispiel 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

Kleine, modulare Anlagen<\/h3>\n

Die Bioraffinerie auf einem Bauernhof muss aber nicht notwendigerweise alle Verfahrensschritte in einer Anlage vereinen. Denn sie sollten auch m\u00f6glichst klein sein, damit die Biomasse nicht \u00fcber weite Strecken transportiert werden muss und die N\u00e4hrstoffe direkt auf dem jeweiligen Hof wieder auf die Felder zur\u00fcckgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen. Nur so ist Nachhaltigkeit auf regionaler Ebene gew\u00e4hrleistet.<\/p>\n

Deswegen k\u00f6nnen auch kleine, modulare Anlagen nach dem Baukastenprinzip in das Konzept integriert werden. Damit sie wirtschaftlich arbeiten k\u00f6nnen, werden dann die Zwischenprodukte aus mehreren gleichartigen Bioraffinerien in gr\u00f6\u00dferen Fabriken zur Weiterverarbeitung zusammengef\u00fchrt.<\/p>\n

\u201eZiel ist aber immer die Selbstvermarktung der Produkte, auch wenn sich f\u00fcr kleinere Betriebe wohl eher eine genossenschaftliche Kooperation anbietet\u201c, ist Prof. Dr. Kruse wichtig. \u201eGrunds\u00e4tzlich stehen die Landwirte einem solchem Projekt aufgeschlossen gegen\u00fcber, stellen die Bioraffinerien doch eine zus\u00e4tzliche bzw. alternative Einnahmequelle dar. So k\u00f6nnen bestehende Biogasanlagen genutzt und deren Wirtschaftlichkeit verbessert werden.\u201c<\/p>\n

<\/h3>\n

Hintergrund: Wissenschaftsjahr 2020\/21 \u2013 Bio\u00f6konomie<\/h3>\n

In den Jahren 2020 und 2021 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

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

 <\/p>\n

Kontakte<\/h3>\n

Prof. Dr. Andrea Kruse
\nUniversit\u00e4t Hohenheim, Konversionstechnologien nachwachsender Rohstoffe,
\nT +49 (0)711 459 24700
\nE andrea_kruse@uni-hohenheim.de<\/a><\/p>\n

Prof. Dr. Nicolaus Dahmen
\nKarlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT),
\nInstitut f\u00fcr Katalyseforschung und -technologie (IKFT),
\nT +49 (0)721 608-22596
\nE nicolaus.dahmen@kit.edu<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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