Aufbereitung von nachwachsenden Rohstoffen und Abfallstoffen

NaWaRos und organische Reststoffe – wertvolle Rohstoffe für die biotechnologische Konversion

Nachwachsende Rohstoffe wie auch Reststoffe stellen eine lokale, nachhaltige Quelle zur Gewinnung hochwertiger Produkte dar. Reststoffe fallen in der Agrarwirtschaft und auch in industriellen Prozessen an. Üblicherweise ist die gewünschte Komponente hier in einer komplexen Matrix anderer Naturstoffe eingebettet und muss aus dieser herausgelöst werden.

Ganzheitliche Nutzung aller Komponenten dank breiten Methodenspektrums

Unsere Arbeitsgruppe verfolgt das Ziel einer ganzheitlichen Nutzung aller Komponenten. Extraktion, Isolierung oder Vorbehandlung erfolgen so, dass eine Gewinnung oder Verwendung aller Stoffe bei gleichzeitiger Minimierung der Nebenproduktströme gewährleistet ist. Dies beginnt mit einer umfassenden Analyse der verschiedenen Inhaltsstoffe. Anhand der Zusammensetzung und Verknüpfung des gewünschten Stoffes im Substrat wird darüber entschieden, welches Werkzeug aus unserem Repertoire zur Aufbereitung zum Einsatz kommt. Die Spannweite unseres Portfolios beinhaltet die Anwendung chemisch-physikalischer Methoden zur Fraktionierung von z. B. lignocellulose- und chitinhaltigen Substraten bis hin zur enzymatischen Spaltung organisch gebundenen Phosphats.

Zielprodukte: Plattformchemikalien, Feinchemikalien, biobasierte Polymere, Wasserstoff

Nachwachsende Rohstoffe finden in der Industriellen Biotechnologie in aufbereiteter Form ihre Anwendung als Substrat für die Herstellung von Enzymen, Plattformchemikalien, Feinchemikalien, oder allgemein Wertstoffen. Gleiches gilt für Reststoffe oder Abfallströme, die – lange Zeit eher als Ballast wahrgenommen – bei geeigneter Aufbereitung zu wertvollen Stoffen umgesetzt werden können.

Beispielhaft seien hier Polyhydroxyalkanoate (PHA) genannt, welche wir aus verschiedensten Reststoffen wie Melasse, Abfallfetten- und ölen oder Abwasserströmen mikrobiell herstellen können.

Chitin und Chitosan werden sogar hauptsächlich aus Abfallströmen der Fischerei, der Insektenproteinproduktion oder der Speisepilzherstellung gewonnen.

Altholz oder Stroh schließen wir mit physikalisch-chemischen Methoden auf, um daraus mithilfe von Mikroorganismen Zucker, wie Glukose oder Xylose, zu gewinnen. Die aus lignocellulosehaltigen Reststoffen (Stroh und Holz) gewonnenen Zucker setzen wir in unseren fermentativen Reaktionen ein, um Biotenside, Äpfelsäure oder Polyhydroxyalkanoate (PHA) herzustellen.

Im Projekt H2Wood – BlackForest untersuchen wir die Umwandlung der Holzzucker mihilfe von Bakterien in Wasserstoff und verknüpfen diesen Prozess mit einem Verfahren, das wasserstoffproduzierenden Mikroalgen nutzt.

 

 

Zellen des Brandpilzes Ustilago maydis
© Fraunhofer IGB
Biotenside als nadelförmige Kristalle: Gewonnen aus Epoxiden einheimischer Pflanzen.
Beschichtete Platten.
Aus pflanzlichen Ölen lassen sich biobasierte Bindemittel für Holzwerkstoffe gewinnen.
Mikrobiell hergestelltes Polyhydroxyalkanoat – bioabbaubares und biokompatibles Biopolymer zur Herstellung von Biokunststoffen.
Mikrobiell hergestelltes Polyhydroxyalkanoat – bioabbaubares und biokompatibles Biopolymer zur Herstellung von Biokunststoffen.

Leistungsspektrum

Interessenten und Kunden bieten wir

  • die Analyse der chemischen Zusammensetzung ihrer Rest-, Abfall- und nachwachsenden Rohstoffe und
  • die nachfolgende Wertschöpfung dieser Substrate.

Um die Effizienz der angewendeten Methoden zu steigern, setzen wir auf rechnergestütze Optimierungsstrategien mit starker ökonomischer Relevanz.

Forschungssschwerpunkte

Insekten-Bioraffinerie: Nutzung von Abfallstoffen zur Herstellung von Produkten aus Chitin, Fetten und Proteinen

Aufbereitung von Chitin aus Krabbenschalen und Insektenexoskeletten

Aufschluss von Lignocellulose

Verzuckerung von Lignocellulose

Latex und Inulin aus Löwenzahnwurzeln

Enzyme zur Spaltung von Phosphatestern in Abfallstoffen

Referenzprojekte

Oktober 2021 – Oktober 2024

InBiRa

Die Insektenbioraffinerie: Von der Verwertung organischer Reststoffe und Abfälle bis hin zur Herstellung von Produkten

Im Projekt InBiRa wird erstmals eine Insektenbioraffinerie gebaut, in welcher Abfall- und Restströme in neue hochwertige Produkte umgewandelt werden.

Möglich machen es die Insektenlarven der schwarzen Soldatenfliege. Die Larven bestehen aus Proteinen, Fetten und Chitin, woraus neue Produkte hergestellt werden können.

 

August 2021 – Juli 2024

H2Wood – BlackForest

Biointelligente Wasserstoff-Erzeugung aus Holz und Altholz im Schwarzwald

Die Region Schwarzwald will Holzabfälle als lokale Ressource zur dezentralen Herstellung von Biowasserstoff als regenerativem Energieträger erschließen. Hierzu wird das Potenzial von Holzabfällen für die Erzeugung von Wasserstoff und dessen energetische Nutzung untersucht sowie zwei Verfahren zur biotechnologischen Erzeugung von Wasserstoff und Koppelprodukten entwickelt und in einer integrierten Pilotanlage am Campus Schwarzwald demonstriert.

Mai 2018 – April 2022

SUSBIND

Entwicklung und Herstellung von nachhaltigen Bio-Bindemitteln für Holzwerkstoffplatten

Im SUSBIND-Projekt wurden biobasierte Bindemittel als Alternative zu den derzeit für Holzwerkstoffplatten in Möbelprodukten verwendeten, oftmals formaldehydhaltigen Bindemitteln auf fossiler Basis entwickelt, produziert und getestet.

 

Oktober 2017 – September 2020

SusPackaging

Kosteneffiziente Produktion von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) zur Herstellung maßgeschneiderter nachhaltiger Verpackungen für die Kosmetikbranche

Aufgrund des wachsenden Problembewusstseins für Umweltverschmutzung durch Plastik steigt die Nachfrage nach umweltverträglichen Verpackungen − insbesondere in der Kosmetik‑ und Lebensmittelindustrie. Ziel des Projekts SusPackaging ist daher, eine grüne Wertschöpfungskette für die Produktion von biobasierten und bioabbaubaren Verpackungsmaterialien aufzubauen. Das Fraunhofer IGB konzentriert sich im Rahmen des Vorhabens auf Polyhydroxyalkanoate (PHA), die ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Kunststoffe aufweisen, aber biologisch abbaubar sind.

 

August 2017 – Januar 2021

Hydrofichi

Chitosan-basierte hydrophobe und schmutzabweisende Veredlung von Textilien zur Substitution von perfluorierten Chemikalien (PFCs)

Das Ziel von Hydrofichi ist die Modifikation textiler Oberflächen mittels nachwachsender Rohstoffe, um bisher eingesetzte umweltschädliche und toxische Agenzien zu ersetzen. Hierzu wird eine chitosan­basierte hydrophobe Veredlung von Textilien entwickelt.

 

Juni 2014 – Mai 2016

AERTO

AERTOs biobasierte Ökonomie (BBE)

Das Projekt unter der Leitung von VTT in Zusammenarbeit mit Tecnalia hat eine Laufzeit von zwei Jahren und ein Budget von 2,6 Millionen Euro. Für diese zwei Jahre haben sich die Projektpartner zum Ziel gesetzt, die Entwicklung einer biobasierten Wirtschaft in Europa voranzutreiben und dabei bestimmte technische Hürden in den neuen Wertschöpfungsketten zu beseitigen. Des Weiteren soll die Zusammenarbeit zwischen den einzelnen beteiligten europäischen RTOs (Research and Technology Organisations) intensiviert werden.

Juli 2013 – Dezember 2016

Lignoplast

Funktionalisierte Ligninspaltprodukte als Synthesebausteine für die Herstellung von Klebstoffen, Lacken, Polyurethanen und Epoxiden

Das Ziel des Projektes Lignoplast, unter der Leitung des Fraunhofer-Zentrums für Chemisch-Biotechnologische Prozesse  (CBP), ist die Entwicklung von Klebstoffen, Lacken, Polyurethanen und Epoxiden auf Basis von chemisch und enzymatisch modifizierten Ligninen.

Januar 2013 – Januar 2015

PhosFarm

Nachhaltige Phosphorrückgewinnung aus landwirtschaftlichen Reststoffen durch einen enzymatischen Prozess

Eine Rückgewinnung des Phosphors/Phosphates aus landwirtschaftlichen Reststoffen ist daher aus ökologischer Sicht sinnvoll. PhosFarm als interdisziplinäres europäisches Projekt hat es sich daher zum Ziel gemacht, Phosphat in anorganischer Form aus den landwirtschaftlichen Reststoffen und zusätzlich aus Abfällen der Nahrungsmittelindustrie zu gewinnen.

 

März 2011 – März 2014

BioSurf

Neue Produktionsstrategien für Biotenside

Tenside sind ein fester Bestandteil unseres täglichen Lebens mit Anwendungen, die weit über unseren hygienischen Bedarf hinausgehen, vom Asphalt über Kraftstoffzusätze bis hin zu Lebensmitteln und Verbindungen mit antibiotischer Wirkung. Ziel des Projekts ist es, petrochemisch hergestellte Tenside verstärkt durch Biotenside aus nachwachsenden Rohstoffen zu ersetzen.

 

Mai 2010 – März 2014

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.