Biomasse-Aufschluss und -Fraktionierung

Hauptziel ist es, Prozesse für eine Biomasse-Bioraffinerie am Standort Deutschland als auch europaweit zu etablieren. Im Fokus stehen Holz-Aufschluss- und Fraktionierungsprozesse, alternative Verarbeitungslinien von Ölsaaten sowie deren Skalierung und Überführung in den Pilotmaßstab.

Im Bereich der Biomassefraktionierung entwickeln wir neue Technologien und innovative Verfahren zur Aufarbeitung von Holz und Ölsaaten, um die ganzheitliche Nutzung der Biomasse zu ermöglichen, die Wertschöpfung zu erhöhen und hochpreisige Endprodukte zu erhalten.

Lignocellulose-Bioraffinerie

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.

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.

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«.

Datenschutz und Datenverarbeitung

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»Raffinierte Chemie aus Holz«, Quelle: bioökonomie.de

Wie die Aufbereitung von Holz am Fraunhofer CBP funktioniert und welche Produkte dabei hergestellt werden können, zeigt das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) beauftragte Video.

Ölsaaten-Bioraffinerie

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.

Referenzprojekte

EthaNa – Pilotierung der ethanolischen nativen Extraktion geschälter Rapssaat

Laufzeit: September 2017 – August 2020

Am Fraunhofer CBP werden neue Verfahren zur Aufbereitung von Raps erforscht. Im Projekt »EthanNa« erfolgt der Zellaufschluss und die Wertstoffgewinnung mit Ethanol anstelle der üblichen Lösungsmittel. Auf diese Weise soll die Qualität der Produkte Rapsöl und Rapskernkonzentrat deutlich gesteigert werden. Darüber hinaus zielt das Vorhaben auch auf die Isolierung neuer Wertstoffe ab, die bisher nicht aus Raps gewonnen werden konnten. Das Projektziel ist die Einrichtung einer Bioraffinerie-Pilotanlage am Standort Leuna.

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UNRAVEL – Neuartiger Raffinerie-Ansatz zur Fraktionierung von Lignocellulose mit hoher Wertschöpfung

Laufzeit: Juni 2018 – Mai 2022

Im UNRAVEL-Projekt werden fortschrittliche Vorbehandlungs-, Trenn- und Konversionstechnologien für komplexe lignozellulosehaltige Biomasse entwickelt. Es kommen Methoden zur Vorextraktion, zur Fraktionierung mit Aceton bei niedriger Temperatur und zur anschließenden Aufarbeitung (Downstream Processing) zum Einsatz, um die Bestandteile der Lignocellulose zu isolieren und für hochwertige Anwendungen nutzbar zu machen. Dabei entstehen wertvolle Ligninfragmente, monomere Zucker (aus der Cellulose) und eine für biochemische Umwandlungen geeignete Hemicellulosefraktion.

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ERIFORE – Forschungsinfrastruktur in der holzbasierten Bioökonomie

Laufzeit: Januar 2016 – Januar 2018

ERIFORE ist ein Infrastrukturentwicklungsprojekt im Rahmen des Rahmenprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union. Ziel ist der Aufbau einer im Sinne eines »Open Access« einfach zugänglichen Forschungsinfrastruktur, um die Entwicklung von Technologien zu erleichtern, die die Erforschung und Vermarktung neuer Produkte aus forstwirtschaftlicher Biomasse ermöglichen.

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Erweiterung der Organosolv-Pilotanlage

Laufzeit: März 2016 – September 2019

Die geplanten Umbau- und Erweiterungsmaßnahmen betreffen die Weiterentwicklung und Optimierung des Organosolv-Verfahrens mit dem Ziel, die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses zu steigern und das Anlagenkonzept in eine Demonstrationsanlage zu überführen.

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SteamBio – Nutzung einheimischer Biomasse zur Herstellung von Rohstoffen für chemische und energetische Anwendungen

Laufzeit: Februar 2015 – Juli 2018

In dem vom Fraunhofer IGB koordinierten Projekt »SteamBio« wird ein Prozess entwickelt, um Lignocellulose-Materialien, z. B. land- und forstwirtschaftliche Reststoffe, mit mobilen Anlagen lokal in den Regionen, in denen sie anfallen, so zu konditionieren, dass sie vollständig stofflich verwertet sowie optimiert transportiert, gelagert und verwertet werden können.

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

Laufzeit: Juli 2013 – Dezember 2016

Im Rahmen des Projekts »Lignoplast« entwickelt das Fraunhofer CBP Verfahren für die Chemieindustrie, um Kunststoffe aus Holz herzustellen. Als Basis dienen in verholzter Biomasse enthaltene Lignine. Mithilfe basenkatalytischer Spaltung werden diese organischen Verbindungen in Phenolderivate zerlegt, die wiederum zu hochwertigen Polyurethan-Schäumen oder zu Polyolen für Polyurethan-Beschichtungen von Langzeitdüngern weiterverarbeitet werden.

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Lignocellulose-Bioraffinerie

Laufzeit: Mai 2010 – April 2013

Im Fokus dieses Projekts stand die Skalierung des Holz-Aufschluss- und Fraktionierungsprozesses in den Pilotmaßstab. Auf Basis von Vorarbeiten erfolgten die Auslegung und Detailplanung der Anlage, die eine Vielzahl einzelner Prozessschritte zur Herstellung von konzentrierten Zuckerlösungen und Ligninpulver aus Holzhackschnitzeln abbildet und bis zu 70 kg Holz täglich verarbeiten kann.

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