Forschung und Entwicklung : Wie aus biologischen Reststoffen wertvolle Produkte werden können

Biomasse einfach zu verbrennen ist nicht die beste Lösung – und oft auch nicht die wirtschaftlichste. Klüger ist es, sie zunächst in ihre chemischen Grundbestandteile zu zerlegen, aus denen dann wertvolle Produkte hergestellt werden können. An der Technischen Universität (TU) Wien wird am 6. Juni 2019 eine Pilotanlage eröffnet, mit der sich bei hohem Druck und hoher Temperatur verschiedene Substanzen aus biologischem Material extrahieren lassen. Das ist ein Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Bioraffinerien: In Zukunft soll es möglich sein, in Bioraffinieren durch verfahrenstechnische Schritte aus biologischem Material eine ganze Palette wertvoller Produktsubstanzen zu erzeugen.

„Pflanzen eigens anzubauen, um sie für die chemische Industrie zu nutzen, wäre ökologisch nicht sinnvoll“, sagt Angela Miltner aus dem Team von Anton Friedl am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften der TU Wien. „Wir entwickeln daher Verfahren, mit denen man Reststoffe nutzbar machen kann, die bisher einfach weggeworfen oder höchstens thermisch verwertet wurden.“ Dazu zählen etwa Stroh, Holzabfälle aus Sägewerken oder Papierfabriken, Strauchschnitt oder auch Bioabfälle aus der Lebensmittelproduktion.

Holzige Reststoffe sind besonders schwer zu verwerten, denn sie enthalten Lignozellulose, die nur bei höheren Temperaturen abgebaut werden kann. Gerade diese Rohstoffklasse stellt aber ein riesiges Potential für die Herstellung hochwertgeschöpfter nachhaltiger Produkte dar. An der TU Wien hat man sich genau auf dieses Problem spezialisiert und nützt nun eine speziell dafür entwickelte Anlage. Sie erreicht einen Druck von bis zu 30 Bar und Temperaturen von bis zu 250 Grad Celsius. Dadurch kann die Lignozellulose in der Biomasse in ihre Hauptkomponenten aufgespalten werden: in Zellulose, Hemicellulose und Lignin. Je nach eingesetztem Rochstoff können auch bioaktive Substanzen, wie Cannabinoide, Flavonoide oder Polyphenole, extrahiert werden.

Das Lignin wird in einem von der TU Wien patentierten Prozess in Nanolignin-Partikel umgewandelt, die viel hochwertigere Anwendungsmöglichkeiten bieten. Sie können etwa als UV-Schutz in Sonnencremes, in Lacken oder in Verpackungen verwendet werden. Die Hemicellulose, ein Gemisch verschiedener Zucker, kann man nutzen, um Zuckerzusatzstoffe wie Xylitol und Erythritol herzustellen. Auch für die Gewinnung pharmakologischer Substanzen wird Hemicellulose genutzt.

Die Vision ist einerseits, für eine gewünschte Produktpalette die optimale Technologie am optimalen Reststoff-Standort zu entwickeln. Andererseits, sollen für unterschiedlichste anfallende Reststoffe die optimalen Verwertungsmethoden gefunden werden. „Es wird in Zukunft nicht einen Standard-Typ von Bioraffinerien geben“, glaubt Angela Miltner. „Man muss die Verfahren immer an die lokal verfügbaren Reststoffe anpassen.“ Nur wenn man die chemischen und prozesstechnischen Details gut kennt, wird man in Zukunft für jede Anforderung die richtige Bioraffinerie planen können.