Forschungsprojekt zur chemischen Nutzung von Holz
15 Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft erproben in einer Pilotanlage einen neuen Ansatz zur umfassenden Nutzung von Holz.
Bundesministerin Aigner im Kreise der Förderbescheid-Empfänger: (von links nach rechts) Dr. Schütte, FNR; Prof. Buller, Fraunhofer-Gesellschaft; Herr Schweppe, Fraunhofer-Institut für chemische Technologie; Prof. Hirth, Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik; Dr. Wagemann, Dechema, Quelle: BMELV
Die Lignocellulose-Bioraffinerie führt zu neuen Produkt- und Verarbeitungsmöglichkeiten: Ein Projektteam unter Koordination der Dechema (Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V.) entwickelt seit 2007 mit finanzieller Unterstützung des BMELV die Lignocellulose-Bioraffinerie.
Ziel des Vorhabens ist es, aus Holz Cellulose, Hemicellulose und Lignin in möglichst reiner Form zu gewinnen und zu verwerten.
Darüber hinaus sollen für Lignin neue Verarbeitungs- und Produktmöglichkeiten entwickelt werden.
Das Bundeslandwirtschaftsministerium unterstützt das Vorhaben über seinen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR), mit insgesamt 8,5 Millionen Euro aus dem Förderprogramm "Nachwachsende Rohstoffe".
Bestätigen sich die positiven Erfahrungen in der Pilotanlage, wäre der Bau einer großtechnischen Lignocellulose-Bioraffinerie der nächste Schritt auf dem Weg zur industriellen Nutzung dieser neuen Technologie.
Rohstoff Holz
Holz, bekannt als vielseitiger Werk- und Baustoff, besteht chemisch im Wesentlichen aus drei Komponenten:
- Cellulose (40 – 50 Prozent): Sie wird bei der Herstellung von Papier, Karton oder Chemiefasern wie Viskose oder Rayon benötigt.
- Hemicellulose (20 – 35 Prozent): Aus Hemicellulose werden in geringerem Umfang verschiedene Chemikalien wie Furfural gewonnen, aus dem sich synthetische Kunststoffe, Lösemittel und viele Grundchemikalien herstellen lassen. Hemicellulosen sind als Rohstoffe jedoch auch für Biokraftstoffe interessant, da sie biotechnologisch in Ethanol umgewandelt werden können.
- Lignin (20 – 30 Prozent): Für Lignin gab es bislang so gut wie keine Verwendungsmöglichkeiten.
Nach dem Stand der Technik werden heute der Rohstoff Holz oder Materialien wie Stroh aufgeschlossen, um die drei Komponenten getrennt zu gewinnen. Dabei wird die Cellulose verwertet und der überwiegende Rest in der Regel als Abfall entsorgt oder zur Energiegewinnung genutzt.
Lignin als umweltfreundlicher Phenol-Ersatz
Im Laufe eines ersten Projektes von 2007 bis 2009 entwickelten die Arbeitsgruppen das so genannte Organsolv-Verfahren weiter, so dass nun mit einem einzigen Aufschlussmedium die drei Komponenten Cellulose, Hemicellulose und Lignin in einer bislang nicht erreichten Qualität und Reinheit gewonnen werden können. Die Bausteine Cellulose und Hemicellulose lassen sich anschließend in Zucker (Glucose und Xylose) umwandeln, der wiederum den Ausgangsstoff für vielfältige chemische oder biotechnologische Prozesse darstellt.
Für den bisherigen Reststoff Lignin wurden Einsatzmöglichkeiten gefunden, die in künftigen Projekten weiter entwickelt werden: Viel versprechend sind Lignin-Produkte vor allem im Werkstoff- und Bindemittelbereich, zum Beispiel als umweltfreundlicher Ersatz für den bisher in Holzwerkstoffen eingesetzten Bindemittel-Bestandteil Phenol. In jüngster Zeit dient Lignin aber auch direkt zur Herstellung von Biokunststoffen, die mit den klassischen Verfahren der Kunststoffindustrie verarbeitet werden.
Ökologische und ökonomische Bewertung
Ziel des ersten Projektabschnitts war auch eine ökologische und ökonomische Bewertung. In punkto Ökologie schnitt die Bioraffinerie in den Punkten Klimaschutz, Versauerung und Eutrophierung im Vergleich zu Referenzprozessen besser ab. Bei der ökonomischen Bewertung zeigte sich, dass die Wirtschaftlichkeit insbesondere von der erfolgreichen Vermarktung des Lignins bzw. seiner Produkte abhängen wird. Gelingt es, das in großer Menge anfallende Lignin zu verwerten, ist die Rentabilität des Prozesses bereits gegeben.
Anwendung der Ergebnisse in der Praxis
Nach der Prüfung der technischen Machbarkeit und der ökologischen und ökonomischen Fragen sollen in dem im Juni 2010 startenden zweiten Projekt die Methoden nun in größerem Maßstab überprüft werden. Dazu errichten 15 namhafte Partner wie etwa Bayer, Evonik oder die Fraunhofer-Gesellschaft (s. u.) unter Koordination der Dechema bis Ende 2012 eine Pilotanlage im Chemiepark Leuna in Sachsen-Anhalt.
Der Forschungsverbund
| Vorhaben Nr. | Inhalt | Zuwendungsempfänger | Förder- kenn- zeichen |
|---|---|---|---|
| 1 | Projektkoordination und Projektdokumentation | DECHEMA - Gesellschaft für chemische Technik und Biotechnologie e.V. | 22029508 |
| 2 | Pilotanlage, Aufschluss, Komponententrennung, Ligninverwertung | Universität Hamburg | 22019009 |
| 3 | Ökonomisch-ökologische Bewertung, Rohstoffalternativen | Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für Ökonomie der Forst- und Holzwirtschaft | 22019109 |
| 4 | Pilotanlage, Aufschluss, Komponententrennung, Zucker- und Ligninverwertung | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (FhG) - ICT | 22019209 |
| 5 | Pilotanlage, Zucker- und Ligninverwertung, Biotechnologie | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (FhG) - IGB | 22019309 |
| 6 | Aufschluss, Komponententrennung, Zuckerverwertung | Technische Universität Kaiserslautern | 22019409 |
| 7 | Ökonomisch-ökologische Bewertung, Stoff- und Energiestrommodellie-rung | Karlsruher Institut für Technologie (KIT) | 22019509 |
| 8 | Ligninverwertung, Biotechnologie | Justus-Liebig-Universtät Gießen | 22019609 |
| 9 | Verfahrenstechnische Untersuchungen und Begleitung vom Konzept zur Realisierung | Bayer Technology Services GmbH | 22019709 |
| 10 | Bewertung von Hydrolysaten, Technologie und Ökonomie, Nachhaltigkeit | Evonik Degussa GmbH - Creavis Technologies & Innovation - Science to Business Center | 22019809 |
| 11 | Ligninverwertung, Duromere, Technologie und Ökonomie | Dynea Erkner GmbH | 22019909 |
| 12 | Ligninverwertung, Thermoplaste, Technologie und Ökonomie | TECNARO Gesellschaft zur industriellen Anwendung nachwachsender Rohstoffe mbH | 22020009 |
| 13 | Pilotanlage, Bau und Betrieb | InfraLeuna Infrastruktur und Service GmbH | 22020109 |
| 14 | Ligninverwertung, Biotechnologie, Technologie und Ökonomie | Wacker Chemie AG - Consortium für elektrochemische Industrie |
22020209 |
| 15 | Pilotanlage, Bau und Betrieb, FuE | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (FhG) - Projektgruppe Leuna | 22022109 |
Weitere Informationen zu den Teilprojekten stehen unter www.fnr.de im Menü "Projekte & Förderung" unter den jeweiligen Förderkennzeichen bereit.
