Bei der biotechnologischen Herstellung von Grundchemikalien wie z.B. Milchsäure sind die dafür erforderlichen Betriebs- und insbesondere Rohstoffkosten von entscheidender Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit solcher Verfahren. Wenn im Falle des hier beschriebenen Anwendungsfalles auch noch eine Weiterverarbeitung zu (Bio-)Kunststoffen (Polymilchsäure / Poly Lactic Acid (PLA)) erfolgen soll, dann werden einerseits bestimmte Anforderungen an die Qualität und Beschaffenheit des Monomers (Milchsäure) gestellt, während andererseits die Anzahl der Prozessstufen steigt, wenn daraus ein Polymer (PLA) erzeugt wird. Untersucht werden soll, wie auf der Basis von Reststoffen (Zuckerrohrbagasse bzw. weiteren Ab- und Nebenprodukten aus der Verarbeitung von pflanzlichen Rohstoffen) Milchsäure hergestellt werden kann bzw. ob und wie im nachfolgenden Schritt bereits eine Pre-Polymerisation direkt aus der Fermentationsflüssigkeit erfolgen kann, ohne die o.g. Reinigungs- und Aufarbeitungsschritte in vollem Umfang abarbeiten zu müssen. Untersucht wird, welche Aufschlussmethoden bei den Lignocellulose-haltigen Reststoffen der Zuckerrohrverarbeitung erforderlich sind, um die für Fermentationsprozesse benötigten Kohlenhydrate (Zucker) verfügbar zu machen. Die enzymatische Vorbehandlung, die Bereitstellung von Zuckern und Laborversuche zur Milchsäurefermentation erfolgen in Brasilien; die parallele Testung von Substrat-erprobten Bakterien und ein scale-up der Prozesse in den Pilotmaßstab erfolgt in Deutschland.
Hintergrund: In Brasilien fallen - bei der Bioethanolherstellung aus Zuckerrohr - jährlich etwa 250 Mio. Tonnen Bagasse an. Die Reststoffe werden überwiegend energetisch bei einer Verbrennung vor Ort, in der 'USINA', verwertet. Die Prozessdampferzeugung erfolgt mit Wirbelschicht- und Rostanlagen, die teilweise über 50 Jahre alt und häufig nicht energetisch optimiert sind. Die Intensivnutzung der Böden und die Ausbringung von unbehandelten Reststoffen haben eine Versauerung der Böden und eine mangelnde Nährstoffversorgung zur Folge. Diese Defizite des Bodens führen ohne Gegenmaßnahmen zu Degeneration der Zuckerrohrbepflanzung. Ziel: Das Ziel des Vorhabens ist es, die Reststoffe durch thermochemische Verfahren (Vergasung und Verbrennung) energetisch zu verwerten und die bestehenden Prozessketten zu optimieren. Die Verfahren sollen energetisch aber auch hinsichtlich der Eigenschaften der Aschen dahingehend verbessert werden, dass diese nach einer Aufbereitung wieder dem Stoffkreislauf zugeführt werden können. Hierzu werden in Vergasungs- und Verbrennungsprozessen schadstoffarme Aschen erzeugt und zu vollwertigen und konkurrenzfähigen Recyclingdüngern weiterverarbeitet. Zudem besteht die Möglichkeit, die Aschen, denen die Nährstoffe entzogen wurden als (funktionale) Füllstoffe in (Bio-)Polymer-Compounds einzusetzen. In Abstimmung mit den brasilianischen Partnern werden Konzepte für eine nachhaltige Wiederverwertung ermittelt. Mit dem Verbundprojekt kann das ITC seine internationalen Kontakte nach Brasilien hin erweitern und seine langjährige Expertise im Bereich der Verbrennung von schwierigen Brennstoffen (Schwerpunkt Abfall und Biomassen) auf die Reststoffe aus der Zuckerrohrherstellung anwenden. Die Ergebnisse der Untersuchungen, insbesondere zur Anwendung der Aschen in N-P-K-Düngern können auf andere, derzeit durch das Institut betreuten Projekte, z.B. mit Klärschlämmen, Gärresten, Hühnermist, etc. übertragen werden. Angestrebte Ergebnisse: Neben der energetischen Optimierung der Prozesse vor Ort in Zusammenarbeit mit den Anlagenbetreibern und brasilianischen Forschungspartnern sollen zukünftig ökonomisch und technisch umsetzbare Verwertungs- und Nutzungspfade für Aschen aus der thermo-chemischen Umsetzung evaluiert werden. Dabei sind Kriterien wie z.B. der Nährstoffgehalt, die Anlagenverfügbarkeit und das Verbrennungsverhalten von Bagasse, Stroh und Filterkuchen sowie die Nutzung der Vinasse mit den jeweils spezifischen Eigenschaften zu berücksichtigen.