Lignocellulose-Bioraffinerie

Aufschluss lignocellulosehaltiger Rohstoffe und vollständige stoffliche Nutzung der Komponenten

Das Ziel dieses Vorhabens, unter der Leitung der DECHEMA, war es, einen Prozess zur vollständigen stofflichen Nutzung aller Komponenten von Lignocellulose durch Gewinnung von biobasierten Produkten auf Cellulose-, Hemicellulose- und Ligninbasis innerhalb  einer Bioraffinerie zu entwickeln und zu etablieren.

Das Projekt verfolgte dabei  zum einen die  Entwicklung, den Bau, die Inbetriebnahme und Optimierung einer Pilotanlage zum OrganoSolv-Aufschluss von Lignocellulose und zum anderen die Bereitstellung der Fraktionen (C5- und C6-Zucker aus Cellulose und Hemicellulosen, schwefelfreies Lignin) aus dem Aufschluss und deren Weiterverarbeitung zu höherwertigen Produkten.

Es wurden Arbeiten zur Maßstabsvergrößerung des Aufschlusses, der Komponententrennung und der Faser-Hydrolyse durchgeführt und parallel dazu der Bau der Pilotanlage vorangetrieben. Des Weiteren wurden Wertschöpfungsketten für die Zuckerfraktionen entwickelt. Hier wurden verschiedene Fermentationen, aber auch chemische Modifikationen getestet. Die Untersuchungen dienten dem Nachweis der Eignung der aus Aufschluss und Hydrolyse gewonnenen Zuckerfraktionen für die gewählten Applikationen. Durch enge Rückkopplung mit der Prozessentwicklung des Lignocellulose-Aufschlusses konnten die Raffinationsschritte weiter optimiert werden.

Die Verwertung der Ligninfraktion stellte ein besonderer Schwerpunkt im Projekt dar, da die Wirtschaftlichkeit der Anlage von der Wertschöpfung der Ligninfraktion abhängt. Hier wurden verschiedene thermo- und duroplastische Anwendungen getestet, die ohne weitere Modifikation oder Raffination der Ligninfraktion auskommen können. Um das Anwendungsspektrum in diesem Bereich noch erweitern zu können, wurden auch Ligninmodifikationen durchgeführt. Weitere physikalisch-chemische und biotechnologische Verfahren wurden getestet, um Lignin-Monomere auch als Plattformchemikalien oder Katalysatoren in der chemischen Industrie nutzbar zu machen.

Begleitend zu den Laborversuchen wurden ökonomische und ökologische Schlüsselgrößen einer Lignocellulose-Bioraffinerie identifiziert, sowie ein großtechnisches Umsetzungskonzept unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit bewertet.

Das Fraunhofer IGB arbeitete innerhalb dieses Projektes an der Optimierung und Maßstabsvergrößerung der enzymatischen Hydrolyse der Cellulose-Faserfraktion. Des Weiteren fanden Arbeiten zur Verwertung der C4/C6- Zuckerfraktion über Milchsäure- und Homoacetat-Gärung (IGB) sowie zur Verwertung der Ligninfraktion durch Degradation und Funktionalisierung von Lignin mittels Oxidoreduktasen statt.

Projektinformationen

Projekttitel

Lignocellulose-Bioraffinerie – Aufschluss lignocellulosehaltiger Rohstoffe und vollständige stoffliche Nutzung der Komponenten (Phase 2)

Teilvorhaben 5: Pilotanlage, Zucker- und Ligniverwertung, Biotechnologie

 

Laufzeit

Mai 2010 – März 2014

 

Projektpartner

  • DECHEMA– Gesellschaft f. chemische Technik und Biotechnologie e.V. (Koordinator)
  • Johann Heinrich von Thünen Institut, Institut für Holztechnologie und Holzbiologie
  • Johann Heinrich von Thünen Institut, Institut für Ökonomie der Forst- und Holzwirtschaft
  • Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB
  • Fraunhofer-Projektgruppe »Chemisch-Biotechnologisches Prozesszentrum«, Leuna
  • TU Kaiserslautern, FB Maschinenbau u. Verfahrenstechnik, Lehrgebiet Bioverfahrenstechnik
  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP)
  • Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie
  • Bayer Technology Services GmbH, BTS-PT Process Technology
  • Evonik-Degussa GmbH, Creavis Technologies & Innovation, Science to Business Center, Biotechnologie
  • Dynea Erkner GmbH
  • Tecnaro GmbH
  • Infraleuna GmbH
  • Wacker Chemie AG Consortium für elektrochemische Industrie

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz und dem Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) für die Föderung des Projekts, Förderkennzeichen: 22019309.