Rohstoffaufbereitung

Der Schwerpunkt der Lignocellulose-Bioraffinerie liegt auf dem Aufschluss von Holz als Rohstoff und dessen Fraktionierung in die chemischen Grundbestandteile Lignin und Zucker bzw. Faserstoffe. Zur Erforschung und Entwicklung von Aufarbeitungs- und Fraktionierungstechnologien steht eine integrierte Pilotanlage zur Verfügung, die den Aufschluss mit organischen Lösungsmitteln unter Druck und Temperatur, der sogenannten Organosolv-Technologie, ermöglicht.

Integrierte Pilotanlage  

Die Anlage bildet eine Vielzahl einzelner Prozessschritte zur Herstellung von Faserstoffen, konzentrierten Zuckerlösungen und Lignin ab. Bis zu 70 kg Holz können täglich verarbeitet werden. Die Anlage wurde so ausgelegt, dass die Stoff- und Energiekreisläufe geschlossen und somit komplett bilanziert werden können.

Universelle Auslegung

Durch die universelle Auslegung der Pilotanlage können neben dem Organosolv-Verfahren auch andere Aufschlussverfahren für Lignocellulose im Pilotmaßstab optimiert werden, so z. B. die wässrige Hydrolyse, der Aufschluss mittels Säure oder das Soda-Verfahren. Für die Bilanzierung der Prozesse steht eine umfangreiche Analytik zur Verfügung. Durch Nutzung einzelner prozesstechnischer Einheiten in der Anlage können auch Fragestellungen im Bereich der thermischen Trenntechnik und Extraktion bearbeitet werden. Hier besteht eine starke Interaktion zum Kompetenzfeld »Produktaufarbeitung«.

Prozessführung der Pilotanlage

Die Kernprozesse, welche in der Pilotanlage abgebildet werden können, sind auf dem vereinfachten Anlagenschema gezeigt. Lignocellulose wird zunächst in einem 400-Liter-Reaktor bei bis zu 200 °C aufgeschlossen, wobei sich Lignin und Hemicellulosen im Lösungsmittel-Wasser-Gemisch lösen. Die zusätzlichen Tanks und Wärmetauscher der »Tankfarm« ermöglichen dabei eine effiziente Verdrängungswäsche des Aufschlussgutes bei Reaktionsbedingungen und die Rückgewinnung von Energie beim Aufschlussprozess. Aus der mit Lignin und Hemicellulosen angereicherten Aufschlusslösung wird Lignin durch Zugabe von Wasser oder Destillation des Lösungsmittels ausgefällt, abfiltriert und nach einer Wäsche getrocknet. Aus dem Filtrat wird das eingesetzte Lösungsmittel vollständig zurückgewonnen und es verbleiben die Hemicellulosen-Zucker. Der feste, faserige Rückstand des Aufschlusses wird vereinzelt und gewaschen, entwässert sowie im Bedarfsfall mit Enzymen versetzt und in speziell ausgelegten Rührreaktoren bei hoher Faserstoffkonzentration verzuckert. Nach einem Filtrationsschritt erhält man eine Glucoselösung, die zur Stabilisierung zu einem Sirup konzentriert wird.

Die Ölsaaten-Bioraffinerie am Fraunhofer CBP zielt auf die Entwicklung und Optimierung alternativer Verfahren zur Aufarbeitung von Ölsaaten ab. Dabei sollen neue Verfahren eine ganzheitliche Verwertung der Rohstoffe ermöglichen und höherwertige Produktfraktionen im Vergleich zur konventionellen industriellen Verarbeitung bereitstellen. Neben der Herstellung hochwertiger pflanzlicher Öle trägt insbesondere die Aufarbeitung proteinreicher Fraktionen zur Erhöhung der Wertschöpfung bei. Darüber hinaus werden mit alternativen Extraktionsverfahren weitere wertvolle pflanzliche Inhaltsstoffe aus Ölsaaten gewonnen.

Neue Prozesse zur Verarbeitung von Ölsaaten werden am Fraunhofer CBP vom Labor- in den Pilotmaßstab überführt. Dafür stehen am Standort verschiedene Anlagen zur Verfügung. Ab 2020 werden die Pilotanlagen zur Schälung und ethanolischen Extraktion von Rapssaat in Betrieb genommen. Im Rahmen einer Raps-Bioraffinerie wird dabei die Demonstration eines neuen Prozesses von der Schälung der Saat über den anschließenden Aufschluss bis hin zur Aufarbeitung wertvoller pflanzlicher Produktfraktionen etabliert.

Durch die flexible Auslegung der Pilotanlagen können verschiedene Verfahren zur Verarbeitung von Ölsaaten getestet und optimiert werden. Im Fokus steht dabei die zukünftige Integration alternativer Verarbeitungslinien von Ölsaaten in die vorhandene Infrastruktur bestehender Ölmühlen. Durch die Entwicklung neuartiger Prozesses ergibt sich neben neuen Produkten zusätzlich das Potenzial zur weltweiten Vermarktung innovativer Verfahren und Anlagen.