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Ethanol aus Zuckerhirse - Gesamtkonzept zur nachhaltigen Nutzung von Zuckerhirse als Rohstoff für die Ethanolherstellung (ZuHiRol)

Das Projekt "Ethanol aus Zuckerhirse - Gesamtkonzept zur nachhaltigen Nutzung von Zuckerhirse als Rohstoff für die Ethanolherstellung (ZuHiRol)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, Technologie- und Förderzentrum durchgeführt. Problemstellung: Die Ethanolproduktion in Deutschland bzw. Bayern basiert derzeit auf stärke- oder zuckerreichen Rohstoffen wie Getreide, Kartoffeln oder Zuckerrüben. Um die Zahl der Nutzpflanzen zu erhöhen und die knappe Ressource Ackerfläche effizienter und nachhaltiger zu nutzen, sollen neue Kulturpflanzen für diese Verwendungsrichtung untersucht werden. Zuckerhirsen sind ein Typ der ertragreichen Art Sorghum bicolor, der hohe Zuckergehalte im Stängel und dem Blattapparat einlagert. Bisher ist die Produktionstechnik von Sorghum allerdings nicht auf die Maximierung des Zuckerertrages ausgerichtet. Ebenso sind die Ernte, Lagerung und möglichst dezentrale Verarbeitung zu Ethanol unter Verwendung der Reststoffe völlig neu zu entwickeln. Zielsetzung: Ziel des Vorhabens ist es, Zuckerhirsen als nachhaltigen Rohstoff für die Erzeugung von Bioethanol zu prüfen. In Anbauversuchen sollen neben geeigneten Sorten auch Produktionstechnik sowie deren Einfluss auf den Gehalt an Zucker ermittelt werden. Ziele der Logistik- und Verarbeitungsuntersuchungen sind die verlustarme Bereitstellung der Zuckerhirse sowie effiziente Rohstoffaufschluss- und Konversionsverfahren zu Ethanol. Dabei soll auch die Nutzung von Beiprodukten (v.a. Bagasse) berücksichtigt werden. Verschiedene Bagassequalitäten sollen auf ihre Brennstoffeigenschaften analysiert und in Verbrennungsversuchen am Feuerungsprüfstand eingesetzt werden, um feuerungstechnische Kenngrößen, Emissionen sowie die Neigung zur Schlackebildung zu ermitteln. Arbeitsschwerpunkte: Gewächshausversuche zum Einfluss von Anbaubedingungen auf den Gehalt an Zucker - Freiland-Parzellenversuche zur Optimierung des Zuckerhirseanbaus - Ernte-, Transport-, Umschlag- und Lagerungsverfahren - Zuckersaftgewinnung und Aufbereitung des Zuckersaftes - Biokonversion der ganzen Pflanze (LCB-Ethanol) - Charakterisierung von Bagasse als Brennstoff - Untersuchung der grundsätzlichen Eignung von Bagasse als Brennstoff für moderne Biomassekesselanlagen am Feuerungsprüfstand - Verfahrensbewertung 'Ethanol aus Zuckerhirse'.

Partner D

Das Projekt "Partner D" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft V-9 durchgeführt. Durch effiziente Umwandlung der Biomasse in integrierten Bioraffinerien können Pflanzen und biologische Abfallstoffe in ihrer Multifunktionalität als Energie- und Rohstofflieferanten nutzbar gemacht werden. Eine der Schlüsselaufgaben ist dabei die Nutzung einer möglichst großen Anzahl der in Lignocellulose enthaltenden Rohstoffe. Lignocellulose umfasst die drei Stoffgruppen Hemicellulose, Cellulose und Lignin, die sich in ihrem Reaktionsverhalten erheblich unterscheiden. Das zentrale technologische Anliegen im Modul II von BIORAFFINERIE2021-Phase I war der Aufschluss der Lignocellulose und die Abtrennung der Hydrolyse- und Fermentationsprodukte mit umweltfreundlichen bzw. umweltneutralen Hilfsmitteln (Wasser, Hochdruck, Temperatur, Biokatalysatoren) zu Einfachzuckern und weiteren Chemikalien. Es wurde eine Gesamtkette zur Produktion von Bioethanol realisiert. Während des Projektfortschritts hat sich herausgestellt, dass ein besonderes industrielles Interesse an der Nutzung des anfallenden Lignins besteht. Lignin ist nach der Cellulose das mengenmäßig wichtigste organische Polymer auf der Erde und macht 30Prozent des nicht-fossilen organischen Kohlenstoffes aus. Generelles Ziel von BIORAFFINERIE2021-Phase II 'Erweiterung der nutzbaren Biomasseressourcen' ist die Optimierung des Gesamtprozesses der Lignocellulose-basierten Bioraffinerie zur Gewinnung der Wertstoffe Lignin und Xylose. Aufbauend auf den im bisherigen Projektverlauf gewonnenen Ergebnissen hier die Produktion und experimentelle Untersuchung von Lignin für den Einsatz in Klebemassen im Vordergrund stehen.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Technische Chemie durchgeführt. 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.

Teilprojekt 8

Das Projekt "Teilprojekt 8" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Südzucker AG durchgeführt. Im Rahmen der Innovationsallianz ZeroCarbFP sollen Möglichkeiten geschaffen werden, das in den Bioethanolanlagen der CropEnergies anfallende Kohlendioxid mit Hilfe von Mikroorganismen wie z.B. Hefen, acetogenen Bakterien oder Cyanobakterien zu binden und dieses biotechnologisch in C-haltige Wertstoffe umzuwandeln. In enger Zusammenarbeit mit der Firma BRAIN werden Mikroorganismen zunächst im Labormaßstab kultiviert und deren Eigenschaft, CO2 zu binden und in die gewünschten organischen C3-, C4- bzw. C5-Verbindungen umzuwandeln, bewertet. Der Mikroorganismus mit dem größten Potential wird dann in einer Versuchsanlage am CropEnergies Standort Zeitz mit dem CO2 haltigen Abgas der Bioethanolfermenter fermentiert. Zudem ist Südzucker verantwortlich für die Bereitstellung, eventuelle Reinigung, Analytik und Charakterisierung des zur Verfügung gestellten CO2.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sachsenmilch Leppersdorf GmbH durchgeführt. Das wesentliche Ziel des Projektes besteht in der Entwicklung, dem Aufbau und Betrieb einer Verfahrenskette zur Herstellung von Frischwasser aus den Schlempen der Bioethanolproduktion von Molkereien und der zusätzlichen Prozesseseffektivierung durch aus Biogas gewonnener Energie. Die Sachsenmilch Leppersdorf GmbH kann die, nach der alkoholischen Gärung, anfallenden Reststoffe (Schlempen) momentan innerbetrieblich nicht weiter verwerten und muss diese kostenintensiv entsorgen. Zur Effektivierung der Prozesskette soll die Schlempe einem biologischen Abbau unterzogen, mineralische Inhaltsstoffe (MAP) gezielt abgetrennt und das so gewonnene Frischwasser in die Milch-Produktion zurückgeführt werden. Das während der anaerob-Behandlung entstehende Biogas trägt außerdem positiv zum Schluss des internen Stoff- und Energiekreislaufs bei. Die Arbeiten während des Projektes werden in enger Abstimmung der drei Partner erfolgen. Die wks group trägt die Verantwortung für Planung, Dimensionierung und den Aufbau der einzelnen Systemkomponenten. Die Sachsenmilch Leppersdorf GmbH stellt das zur Aufbereitung benötigte Substrat bereit und wird im Laufe des Entwicklungsprozesses das Verfahren aus wirtschaftlicher und verfahrenstechnischer Sicht bewerten und beurteilen. Das Fraunhofer IKTS wird die verfahrenstechnische Umsetzung des Gesamtverfahrens, die anfallende Analytik der Prozessstrecke sowie die Anpassung und Integration der zu verwendenden keramischen Filtrationsmodule betreuen.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-2: Pflanzenwissenschaften durchgeführt. Eine zukünftige Bioökonomie muss sich an den Kriterien der Nachhaltigkeit messen lassen. Im Zuge dieser Entwicklung ist es notwendig, dass der Nährstoffkreislauf möglichst regional geschlossen wird. Die Vorhaben des Kooperationsprojektes PURESBio zielen auf die Nutzung von organischen Reststoffen aus der Ethanol- und Zuckerproduktion (Presskuchen, Vinasse, Bagasse, Blattschnitt), sowie der Biogasproduktion (Gärreste). Übergeordnetes Ziel ist, praxisrelevante Erkenntnisse zur sinnvollen Nutzung der Reststoffe zu gewinnen, positive Effekte auf Pflanzenwachstum und Bodenfruchtbarkeit durch die Rückführung von Nährstoffen zu erzielen und langfristig die Nachhaltigkeit der Agrarproduktion zu sichern. Die Arbeitsziele gestalten sich dabei wie folgt: 1. Bewertung der pflanzlichen Reststoffe als Düngemittel und Bodenkonditionierer. 2. Untersuchung marginaler Böden zum Energiepflanzenanbau, Aufwertung dieser Böden durch die Einbringung der pflanzlichen Reststoffe zur weiteren landwirtschaftlichen Nutzung. 3. Untersuchung der Pflanzen-Boden-Wechselwirkungen bei unterschiedlichen Boden- und Düngekonditionen, Humusaufbau, Bodenfruchtbarkeit und Pflanzenverfügbarkeit der zugesetzten Nährstoffe aus pflanzlichen Reststoffe. 4. Einsatz von Phänotypisierungstechnik zur Analyse des Wurzel- und Rhizomwachstums. 5. Stoffliche Analysen der Pflanzenbiomassen und der verwendeten Böden hinsichtlich Nährstoffgehalt, -veränderung und -verfügbarkeit. 6. Begleitende Untersuchungen zu Minderung von Pflanzenschutzmaßnahmen durch die verwendeten pflanzlichen Reststoffe.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von wks Technik GmbH durchgeführt. Das wesentliche Ziel des Projektes besteht in der Entwicklung, dem Aufbau und Betrieb einer Verfahrenskette zur Herstellung von Frischwasser aus den Schlempen der Bioethanolproduktion von Molkereien und der zusätzlichen Prozesseseffektivierung durch aus Biogas gewonnener Energie. Die Sachsenmilch Leppersdorf GmbH kann die, nach der alkoholischen Gärung, anfallenden Reststoffe (Schlempen) momentan innerbetrieblich nicht weiter verwerten und muss diese kostenintensiv entsorgen. Zur Effektivierung der Prozesskette soll die Schlempe einem biologischen Abbau unterzogen, mineralische Inhaltsstoffe (MAP) gezielt abgetrennt und das so gewonnene Frischwasser in die Milch-Produktion zurückgeführt werden. Das während der anaerob-Behandlung entstehende Biogas trägt außerdem positiv zum Schluss des internen Stoff- und Energiekreislaufs bei. Die Arbeiten während des Projektes werden in enger Abstimmung der drei Partner erfolgen. Die wks group trägt die Verantwortung für Planung, Dimensionierung und den Aufbau der einzelnen Systemkomponenten. Die Sachsenmilch Leppersdorf GmbH stellt das zur Aufbereitung benötigte Substrat bereit und wird im Laufe des Entwicklungsprozesses das Verfahren aus wirtschaftlicher und verfahrenstechnischer Sicht bewerten und beurteilen. Das Fraunhofer IKTS wird die verfahrenstechnische Umsetzung des Gesamtverfahrens, die anfallende Analytik der Prozessstrecke sowie die Anpassung und Integration der zu verwendenden keramischen Filtrationsmodule betreuen.

Teilvorhaben: TU Berlin

Das Projekt "Teilvorhaben: TU Berlin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik, Fachgebiet Dynamik und Betrieb technischer Anlagen durchgeführt. Die Hauptziele dieses Vorhabens sind das Design und die Entwicklung eines Prozesses zur Herstellung von Ethylen aus Biogas basierend auf der oxidativen Kopplung von Methan (OCM). Hierbei werden wissenschaftliche, technische, ökologische und wirtschaftliche Aspekte untersucht, um einen bio-basierten OCM-Prozess (Bio-OCM) bezüglich seiner Umsetzbarkeit zu bewerten. Es wird eine neue Prozesskette zur Erzeugung grüner Chemikalien und Kunststoffe aus Schlempe aus der Zuckerrohrethanol-Produktion entwickelt. Schlempe kann in einer anaeroben Vergärung umgesetzt werden, wobei Biogas entsteht. Nach einer Vorbehandlung wird das methanreiche Biogas in dem OCM-Reaktor zu wertvollem Ethylen umgewandelt. Das Reaktorabgas wird anschließend gereinigt, um reines Ethylen als Hauptprodukt zu erhalten. Hierfür wird ein innovatives Druckwechseladsorptionsverfahren mit einem Zeolith als Adsorbens verwendet. Die aufgestellte Prozesskette wird anhand einer Ökobilanz bzw. Life Cycle Analysis bezüglich ihrer Nachhaltigkeit bewertet.

Teilvorhaben 1

Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Pflanzenchemie und Holzchemie, Lehrstuhl für Holz- und Pflanzenchemie durchgeführt. Primäres Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur stofflichen Nutzung von Hemicellulosen (HC), die bei der Bioethanolgewinnung aus lignocellulosehaltigen Pflanzenmaterialien wie Stroh als Nebenprodukt anfallen. Bis heute gibt es in Europa keine Industrieanlage, die Bioethanol aus lignocellulosehaltigen Rohstoffen kommerziell erfolgreich produziert. Für eine erfolgreiche Implementierung in den Wirtschaftskreislauf ist deshalb die gezielte Abtrennung und stoffliche Verwertung der HC ein essentieller Weg. Ziel der Untersuchungen ist es, die HC beim Biomasseaufschluss zu möglichst großen Anteilen von Cellulose zu separieren und aus der resultierenden Wertstofflauge so zu isolieren, damit sie einer separaten stofflichen Nutzung zugeführt werden können. Hierbei sollen verschiedene Einsatzmöglichkeiten untersucht werden. Aussichtsreich ist die Anwendung der Hemicellulosen im Bereich der oberflächenaktiven Substanzen des Flotationsprozesses. Eine weitere vielversprechende Anwendungsmöglichkeit stellen biopolymerbasierte Flammschutzmittel dar. Hierfür können sowohl Hemicellulosen als auch Pektin getestet werden, da sich beide aufgrund ihrer hohen Funktionalität gut für die notwendige Derivatisierung eignen. Ferner soll der Einfluss der Hemicellulosen als Papieradditiv auf die Papiereigenschaften untersucht werden. Die Realisierung des Projektes erfolgt an Hand folgender Arbeitspakte (AP): AP1 Charakterisierung der Stoffströme AP2 Aufschluss, Isolierung und Reinigung von HC aus Weizenstroh und Haferspelzen AP3 Aufschluss, Isolierung und Reinigung von HC und Pektin aus Rübenschnitzel AP4 Modifizierung und Derivatisierung der HC für den Flotationsprozess und Testung der Substanzen im Labormaßstab AP5 Herstellung und Testung von Flammschutzmitteln auf Basis von HC und Pektinen AP6 Herstellung und Testung von Papieradditiven auf Basis von HC AP7 Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudie.

Teilvorhaben 3

Das Projekt "Teilvorhaben 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Das wesentliche Ziel des Projektes besteht in der Entwicklung, dem Aufbau und Betrieb einer Verfahrenskette zur Herstellung von Frischwasser aus den Schlempen der Bioethanolproduktion von Molkereien und der zusätzlichen Prozesseseffektivierung durch aus Biogas gewonnener Energie. Die Sachsenmilch Leppersdorf GmbH kann die, nach der alkoholischen Gärung, anfallenden Reststoffe (Schlempen) momentan innerbetrieblich nicht weiter verwerten und muss diese kostenintensiv entsorgen. Zur Effektivierung der Prozesskette soll die Schlempe einem biologischen Abbau unterzogen, mineralische Inhaltsstoffe (MAP) gezielt abgetrennt und das so gewonnene Frischwasser in die Milch-Produktion zurückgeführt werden. Das während der anaerob-Behandlung entstehende Biogas trägt außerdem positiv zum Schluss des internen Stoff- und Energiekreislaufs bei. Die Arbeiten während des Projektes werden in enger Abstimmung der drei Partner erfolgen. Die wks group trägt die Verantwortung für Planung, Dimensionierung und den Aufbau der einzelnen Systemkomponenten. Die Sachsenmilch Leppersdorf GmbH stellt das zur Aufbereitung benötigte Substrat bereit und wird im Laufe des Entwicklungsprozesses das Verfahren aus wirtschaftlicher und verfahrenstechnischer Sicht bewerten und beurteilen. Das Fraunhofer IKTS wird die verfahrenstechnische Umsetzung des Gesamtverfahrens, die anfallende Analytik der Prozessstrecke sowie die Anpassung und Integration der zu verwendenden keramischen Filtrationsmodule betreuen.

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