Lignocellulose-Bioraffinerie II

Projekt

"Lignocellulose-Bioraffinerie" - Aufschluss lignocellulosehaltiger Rohstoffe und vollständige stoffliche Nutzung der Komponenten (Phase 2)

Zu über 85 % stammen die Rohstoffe der chemischen Industrie aus fossilen Quellen (Stand 2011). Etwa 90 % der Rohstoffe für chemische Anwendungen werden derzeit importiert. Die Rohstoffbasis durch heimische nachwachsende Rohstoffe zu erweitern, ist deshalb aus gesellschaftlicher wie aus wirtschaftlicher Sicht wünschenswert. Besonders geeignet sind dafür lignocellulosehaltige Pflanzen wie Stroh, Miscanthus und verholzende Pflanzen. Wir untersuchen, wie es sich auf die Nachhaltigkeit auswirkt, wenn Grundprodukte der chemischen Industrie durch den Aufschluss von Buchenholz bereitgestellt werden, und vergleichen daraufhin Prozessketten einer Bioraffinerie mit konventionellen Herstellungspfaden.

Hintergrund und Zielsetzung

Eine Lignocellulose-Bioraffinerie erzeugt Plattformchemikalien aus lignocellulosehaltigen Rohstoffen. Weiterverarbeitende Industrien fertigen daraus biobasierte Produkte. Erstmalig lassen sich so alle Hauptkomponenten des Ausgangsmaterials – Cellulose, Hemicellulose und Lignin – gleichwertig nutzen und zu chemischen und biotechnologischen Zwischenprodukten sowie Bindemitteln und Füllstoffen für Holzwerkstoffe und Kunststoffe umwandeln. Für die Nachhaltigkeitsbewertung haben wir eine Methode entwickelt und angewandt, die es erlaubt die Prozesskette einer Lignocellulose-Bioraffinerie zur stofflichen Verwertung entsprechend zu evaluieren. Als Referenz für die buchenholzbasierte Prozesskette der Bioraffinerie wurden alternativ fossile und andere biogene Prozesse zur Herstellung von Phenol und Zucker herangezogen.

Vorgehensweise

Da keine geeignete Bewertungsmethode zur Verfügung stand, haben wir innerhalb der Projektlaufzeit einen innovativen Bewertungsansatz erarbeitet. Mit dem sogenannten „Logical Framework Approach to Sustainability Assessment (LOFASA)“ leiteten wir Nachhaltigkeitsindikatoren logisch und transparent her und werteten sie im Anschluss aus.

Daten und Methoden

Zur Bewertung der relativen Nachhaltigkeitseffekte der Bioraffinerie bestimmten wir 26 Indikatoren. Grundlage der Auswertung waren Stoffflussmodellierungen, Datenbanken, Expertenmeinungen und Angaben aus der Literatur. Für zehn von zwölf quantitativen Indikatoren verzeichneten wir positive Nachhaltigkeitseffekte. Bei den qualitativen Indikatoren bewerteten wir aufgrund der verfügbaren Informationen vier von neun Indikatoren neutral, drei positiv und einen negativ. Zur Berechnung der verbleibenden fünf Indikatoren standen notwendige Daten aus der Pilotanlage zum Projektende noch nicht zur Verfügung.

Unsere Forschungsfragen

Werden durch eine Lignocellulose-Bioraffinerie Prozesskette positive Nachhaltigkeitseffekte im Vergleich zu konventionellen Herstellungspfaden erzielt?

Ergebnisse

Die Nachhaltigkeitsbewertung zeigte, dass die innovative Prozesskette der Bioraffinerie eine nachhaltige Option sein könnte, fossile und biogene Rohstoffe für die chemische Industrie zu ersetzen (substituieren). Der Abschlussbericht liegt derzeit der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) zur Prüfung vor, die Veröffentlichung wird bald erwartet.

Die positiven Nachhaltigkeitseffekte der Bioraffinerie im Vergleich zur fossilen und biogenen Referenz waren in den ökologischen Indikatoren besonders hoch. Bei der Gewichtung der Indikatoren und der dazugehörigen Nachhaltigkeitsthemen durch das Projektkonsortium waren es ebenfalls die ökologischen Themen, die als besonders wichtig für die Nachhaltigkeit der Bioraffinerie wahrgenommen wurden. Aufgrund der unvollständigen Datenlage ist das Gesamtergebnis unter Vorbehalt zu sehen. Anhand der bis dato ausgewerteten Indikatoren wird die Prozesskette der Lignocellulose-Bioraffinerie unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit positiv bewertet.

Ehemalige Thünen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Dr. Eva Meier

Beteiligte externe Thünen-Partner

Universität Hamburg
(Hamburg, Deutschland)
Bayer Technology Services
(Leverkusen, Deutschland)
Tecnaro GmbH
(Ilsfeld-Auenstein, Deutschland)
Dynea Erkner GmbH
(Erkner, Deutschland)
EVONIK Degussa GmbH
(Marl, Deutschland)
Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion
(Karlsruhe, Deutschland)
Dechema e.V.
(Frankfurt, Deutschland)

Geldgeber

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
(national, öffentlich)

Zeitraum

5.2010 - 9.2013

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektfördernummer: 22019109
Förderprogramm: FNR
Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen

Anzahl der Datensätze: 2

Engel M, Fliedner E, Fröhling M, Haase M, Laure S, Meier E, Schweinle J, Susanto A, Ziegler L (2014) Arbeitspaket 4: Ökonomische, ökologische und soziale Bewertung (TI-WF, KIT-IIP, BTS, Evonik, Dynea, Tecnaro). In: "Lignocellulose-Bioraffinerie" : Aufschluss lignocellulosehaltiger Rohstoffe und vollständige stoffliche Nutzung der Komponenten (Phase 2) ; Gemeinsamer Abschlussbericht zu den wissenschaftlich-technischen Ergebnissen aller Teilvorhaben der Partner ; Projektzeitpunkt: 1.5.2010 bis 31.3.2014, Berichtszeitraum: 1.5.2010 bis 31.3.2014. Frankfurt a M: DECHEMA, pp 325-397
Meier E (2014) Nachhaltigkeitsbewertung - Logical Framework-Ansatz zur kontextbezogenen Operationalisierung von Nachhaltigkeit auf Basis gesellschaftlicher Nachhaltigkeitskonzepte. Hamburg: Univ Hamburg, Fachber Biologie, 263 p, Hamburg, Univ, Diss, 2014

Institutsleitung

Stellvertretende Institutsleitung

Sekretariat