Bioökonomie / Bioraffinerie

Hintergrund

Die effiziente Nutzung von Biomasse ist eine wesentliche Voraussetzung für die von der Gesellschaft und Politik angestrebte „Bioökonomie“. In dieser Ökonomie soll ein Großteil unseres täglichen Bedarfes an Produkten und Energie anstelle aus nachwachsenden statt fossilen Ressourcen gedeckt werden. Ziel ist es dabei sowohl eine gesicherte nachhaltige Nahrungsversorgung zu ermöglichen als auch Emissionen zu reduzieren und Ressourcen zu schonen. In Anbetracht einer stetig wachsenden Bevölkerung und der Endlichkeit von verfügbaren Agrarflächen, steigt jedoch der Druck auf die Ressource Biomasse in allen Nutzungsfeldern (Nahrung, Tierfutter, Energie, Produkte) an. Als ein Ansatzpunkt zur Lösung dieses Konfliktes werden Bioraffinerien betrachtet. Gemeint sind damit Konzepte, die analog zu fossilen Raffinerien Biomasse zu einer Vielzahl von Produkten wie Nahrung, Energie oder Chemikalien umwandeln und das mit minimalem Energie- und Ressourceneinsatz. Dabei können sowohl neue eigenständige Systeme betrachtet werden („Raffinerie auf der grünen Wiese“) als auch bestehende Prozesse optimiert werden. Beispiele für industrielle Prozesse, die jetzt schon nach dem Konzept einer Bioraffinerie arbeiten, sind Zucker- oder Papiermühlen. Aber auch in diesen Fällen existieren noch große Potenziale anfallende Neben- oder Reststoffströme effizienter bzw. gewinnmaximierender zu Nutzen.

Forschungsziele

Das primäre Ziel dieser Arbeitsgruppe ist das Aufzeigen möglichst effizienter Nutzungsoptionen für nachwachsende Rohstoffe und Produktionsrückstände. Hierfür werden Methoden und Prozesse zur stofflichen und energetischen Nutzung der Biomassen (z.B. Wertstoffabtrennung, Erzeugung höherwertiger Zwischenprodukte, Biogaserzeugung) entwickelt. Die Bewertung dieser Konzepte erfolgt basierend auf technischen (Prozessintegration, Wirkungsgradsteigerung), ökonomischen (höherwertige Produkte, Kostenminimierung) und ökologischen (Minimierung von Klimagas- und anderen Emissionen) Kriterien.

Die Entwicklung und Optimierung entsprechender Prozesse erfolgt zunächst sukzessiv mithilfe experimenteller Untersuchungen (z. B. Maximierung der Biogasausbeute, Abtrennung von Proteinen, Nährstoffen oder Lignin aus Reststoffströmen). Dafür steht neben Laborreaktoren eine umfassende Auswahl an Analysemethoden zur Verfügung. Alternativ oder parallel zu den experimentellen Untersuchungen kann eine modeltechnische Abbildung der jeweiligen Prozesse erfolgen, um diese im Kontext einer integrierten Bioraffinerie zu bewerten. Diese Modelle können z.B. mit Hilfe der Software Aspen Plus erstellt werden und ermöglichen es, die Energie- und Stoffflüsse des Gesamtsystems zu ermitteln.

Das Konzept einer integrierten Bioraffinerie soll im Folgenden am Beispiel einer landwirtschaftlichen Biogasanlage veranschaulicht werden. Diese könnte in Zukunft als dezentrale und hocheffiziente "Senke" für Rückstands- und Nebenproduktströme aus der Landwirtschaft oder anderen Industriezweigen genutzt werden.

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