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

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.

Das Projekt bringt Spezialisten verschiedener Bereiche zusammen, die mit ihrer Expertise die gesamte Wertschöpfungskette abdecken. Dies beinhaltet die Rohstoffzusammensetzung, die chemische Zellstoffherstellung und -vorbehandlung, die Enzymproduktion, die Polymerchemie, die Separations- und Reaktortechnik, die techno-ökonomische und Nachhaltigkeitsbewertung sowie die Wissensvermittlung, -verwertung und -kommunikation.

Fraktionierung von Lignocellulose
© Fraunhofer IGB

Scale-up-Equipment zur Fraktionierung von Lignocellulose am Fraunhofer CBP.

Fraktionierung nachwachsender Rohstoffe
© Fraunhofer IGB

Fraktionierung nachwachsender Rohstoffe am Fraunhofer CBP.

Zielsetzung

Das Projekt UNRAVEL verfolgt die Entwicklung einer innovativen Lignocellulose-Wertschöpfungskette mit folgenden konkreten Zielen:

  • Entwicklung eines für gemischte lignozellulosehaltige Biomasseströme optimierten Vorextraktionsverfahrens;
  • Erreichung von mindestens 80 Prozent Delignifizierung, 90 Prozent Glucan-Rückgewinnung, 80 Prozent Ausbeute an monomeren Hemicellulosezuckern und weniger als 1 Prozent Lösungsmittelverlust;
  • Mindestens 95 Prozent Ligninrückgewinnung und 99 Prozent (nicht kondensierte) Lösungsmittelrückgewinnung aus der Flotte;
  • Entwicklung eines wirtschaftlich sinnvollen Verfahrens zur Reinigung des Hemicellulosehydrolysats, um die Hemicellulosezucker effektiv fermentativ zu chemischen Bausteinen umsetzen zu können;
  • Über 90 Prozent Zuckerumsatz, Verkürzung der Hydrolysezeit um mehr als 20 Prozent und Reduzierung der Enzymdosierung um 20 Prozent (im Vergleich zu Cellulose allein);
  • Nachweis der geringen Hemmwirkung des C5- und C6-Hydrolysats bei der Fermentation;
  • Aktivierung und Depolymerisation von Lignin aus dem FABIOLATM-Verfahren
  • Etablierung verschiedener hochwertiger Ligninanwendungen;
  • Reduzierung der Betriebskosten um 30 Prozent durch einen geringeren Gesamtenergieverbrauch und niedrigere Kosten im Vergleich zu einem Benchmark-Vorbehandlungsprozess;
  • Gesamtreduktion des CO2-Fußabdruckes von mindestens 15 Prozent im Vergleich zu modernen biobasierten Prozessen.
 

Erwartete Auswirkungen

  • Schaffung einer neuen branchenübergreifenden Verbindung zwischen der Forstwirtschaft, der Zellstoff- und Papierindustrie, der Biotechnologie und der Bau- und Baustoffindustrie;
  • Aufbau einer neuen Wertschöpfungskette aus einer Mischung von Hartholzspänen, Holzreststoffen und Rinde sowie Stroh- und Nussschalen zur Herstellung von Extrakten, ligninbasierten Polyolen und chemischen Bausteinen aus den Zuckerfraktionen;
  • Senkung der Betriebskosten um mindestens 30 Prozent durch eine Reihe von Prozessverbesserungen, vor allem durch Senkung der Betriebstemperaturen. Diese Reduzierung wird auch den CO2-Fußabdruck des Prozesses verringern;
  • Verringerung der gesamten Umweltauswirkungen von Bioraffinerien durch Verringerung der Emissionen und Steigerung der Effizienz der Ressourcen- und Chemikaliennutzung;
  • Förderung der Innovation durch internationale und sektorübergreifende Zusammenarbeit.

Projektinformationen

Projekttitel

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

 

Projektlaufzeit

Juni 2018 – Mai 2022

 

Projektpartner

  • Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP, Leuna, Deutschland (Koordinator)
  • Celignis Ltd, Limerick, Irland
  • Metgen OY, Kaarina, Finnland
  • Soprema, Straßburg, Frankreich
  • Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland, Petten, Niederlande
  • Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH, Heidelberg, Deutschland
  • Rita Clancy (EURIDA), Berlin, Deutschland
  • Centre national de la recherche scientifique CNRS, Paris, Frankreich
  • Sappi, Lanaken, Belgien
  • Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Deutschland

Förderung

Das Projekt »UNRAVEL« wird im Rahmen des Programms Bio Based Industries Joint Undertaking (JU) gefördert (Finanzhilfevereinbarung 792004). JU wird von der Europäischen Union im Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 und dem Bio Based Industries Konsortium gefördert.

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