Das zentrale technologische Anliegen im bis November 2015 laufenden Projektabschnitt ist die Gewinnung des Lignins sowie die Abtrennung weiterer Hydrolyseprodukte aus Biomasse, hier Weizenstroh, mit umweltfreundlichen bzw. umweltneutralen Hilfsmitteln (Wasser, Hochdruck, Temperatur, Biokatalysatoren). Das Lignin findet unter anderem Einsatz als Rohstoff in der Klebstoffindustrie, die Hydrolysate (C5- und C6- Zucker) sind wertvolle Nebenströme für die Gewinnung von Feinchemikalien (Xylitol, Lävulinsäure u.a.). In der Gesamtheit kann durch die Arbeiten im Projektabschnitt 'Phase II' bisher bestätigt werden, dass die angedachte Verwertung des Lignins und auch die Verwertung der Hydrolysate wie geplant funktioniert. Ziel ist nunmehr die Vermarktung/ industrielle (Pilot)-Verwertung des gewonnenen Lignins. Bevor die Produkte zur Marktreife geführt und beworben werden können, sind jedoch noch Verbesserungen an den jeweiligen Prozessschritten notwendig, in Abhängigkeit vom gewünschten Endprodukt wurden folgende Arbeitsschritte als notwendig erachtet, diese mit geeigneten Modellen zu begründen. 1) Anpassung der Lignin-Partikelgröße, 2) Gewinnung eines Lignins mit möglichst niedrigem Schmelz- bzw. Erweichungspunkt. Hierfür ist ggf. der Bezug alternativer Biomasse notwendig (Holz, Bagasse, Biogas-Gärreste), 3) Anpassung des Betriebs der Extrudereinheit, 4) Wertschöpfung aus Nebenprodukten (Zucker bzw. Exzess-Lignin).
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.