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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'.

Teilvorhaben 4: Produktion und Optimierung glycolytischer Enzyme

Das Projekt "Teilvorhaben 4: Produktion und Optimierung glycolytischer Enzyme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ASA Spezialenzyme GmbH durchgeführt. Um den Aufschluss der Lignocellulose aus Getreidestroh kostengünstiger und effizienter zu machen, sollen mikrobieller Enzyme wie Cellulasen, Hemicellulasen, Laccasen und Peroxidasen aus extremophilen Mikroorganismen und mittels Metagenomanalyse aus Mikroorganismen, die im Darm von grasfressenden Termiten leben und deren Wirt, isoliert werden. Die so exprimierten neuen Cellulasen werden auf ihre Effizienz des Celluloseabbaus, Stabilität und Endprodukthemmung hin untersucht und mittel Protein-Engineering optimiert. Darüber hinaus werden ausgewählte Enzyme mit verbesserten Eigenschaften in größeren Mengen fermentiert und den Projektpartnern für Aufschlussversuche zur Verfügung gestellt. Zunächst wird ein Testsystem zur Messung der Endprodukthemmung etabliert. Danach werden die neu identifizierten Enzyme kloniert, in Pichia pastoris exprimiert und hinsichtlich ihrer Eigenschaften, insbesondere der Endprodukthemmung, charakterisiert und mit kommerziell erhältlichen Enzymen verglichen. Weiterhin werden größere Mengen der neuen Enzyme mit vorteilhaften Eigenschaften hergestellt und den Projektpartnern für Versuche zur Verfügung gestellt.

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 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NORDSEE GmbH durchgeführt. Ziel des Mak-Pak Projektes ist es, eine nachhaltig produzierte, entsorgbare und/oder essbare Verpackungslösung als Darreichungsform für Lebensmittel im Außerhausverzehr sowie im Imbiss-Segment zu entwickeln. Dabei soll die Verpackungslösung ausschließlich aus marinen, spezifischen Makroalgen-Rohstoffen zur Reststoffverwertung bestehen. Das Rohmaterial soll weiterhin mit Extrakten ausgewählter Makroalgenarten, die bioaktive Inhaltsstoffe beinhalten, veredelt werden, damit die Verpackungslösung nicht nur normiert und nachhaltig ist, sondern auch positive Wirkung auf das zu verpackende Lebensmittel bzw. für den Verbraucher einen gesundheitlichen Mehrwert hat. Das Verpackungsdesign wird von der Firma NORDSEE konzipiert und nach der technischen Entwicklung getestet. Die Forschungspartner Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und die Hochschule Bremerhaven (HS) werden die passenden Rohstoffe identifizieren, produzieren und die technische Entwicklung des Verpackungskonzepts vornehmen.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Biotechnologie, Fachgebiet Bioverfahrenstechnik durchgeführt. PHAtex konzentriert sich auf die Entwicklung einer vollständigen grünen Prozesskette zur Herstellung neuartiger, flexibler und biologisch abbaubarer Textilfilamente aus Polyhydroxyalkanoaten (PHA). Das Endziel des Projekts ist es, einen PHA-Produktionsprozess zu entwickeln, mit dem eine Markteinführung von unter 2 Euro /kg realisiert werden könnte. Durch die flexible Verwendung von regional verfügbaren Rohstoffen wird der Prozess unabhängig von Preisschwankungen einzelner Rohstoffe, die durch saisonale Verfügbarkeiten oder steigende Nachfrage aus anderen Branchen ausgelöst werden. Die PHA-Produktion soll darüber hinaus auf lokal verfügbare biogene Roh- und Reststoffe umgestellt werden.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung durchgeführt. Weltweit stagnierender Fischfang sowie eine zunehmende Nachfrage nach Fischprodukten führten in den vergangenen Jahrzehnten zu einem exponentiellen Anstieg der Aquakulturproduktion. Um negative Auswirkungen für Mensch, Tier und Umwelt so gering wie möglich zu halten, ist es wichtig, eine tier- und standortgerechte sowie eine nachhaltige Produktion anzustreben. Einen wichtigen Aspekt hierbei stellen die eingesetzten Futtermittel dar, die bisher hohe Anteile an Fischmehl und Fischöl enthalten. Gerade das Bestreben nach Nachhaltigkeit ließe sich durch einen verstärkten Einsatz pflanzlicher Rohstoffe beim Fischfutter hervorragend unterstützen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll deshalb das Potential von pflanzlichen Reststoffen aus der Ölgewinnung als Futtermittelzutat für Salmoniden untersucht werden. Dazu zählen anfallende Presskuchen bei der Gewinnung von z. B. Sonnenblumenöl oder Rapsöl. Diese Reststoffe fallen in großen Mengen äußerst kostengünstig bei der heimischen Produktion an und enthalten bedeutende Konzentrationen an wertgebenden Inhaltsstoffen wie Proteine, Lipide und natürliche Antioxidantien. Die Herausforderung in dem Forschungsprojekt besteht darin, Prozessparameter und Rezepturen für die neuen Rohstoffe anzupassen und zu optimieren. Sowohl der Rohfaser- als auch der Polyphenolgehalt der verarbeiteten Presskuchen haben hier einen großen Einfluss. Sie können durch Fraktionierungsschritte verändert werden. Für die Herstellung von Fischfutterpellets soll das Extrusionsverfahren derart angepasst werden, dass stabile Pellets mit spezifischen Eigenschaften entstehen. Dabei sind die technologischen und nutritiven Eigenschaften sowie die Akzeptanz der Futtermittel von entscheidender Bedeutung. Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, reststoffbasierte Futtermittel zu entwickeln, welche den aktuellen Anforderungen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit, Tiergesundheit, Produktionseffizienz und Produktqualität entsprechen.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Ziel des Mak-Pak Projektes ist es, eine nachhaltig produzierte, entsorgbare und essbare Verpackungslösung als Darreichungsform für Lebensmittel im Außerhausverzehr sowie im Imbiss-Segment zu entwickeln. Dabei soll die Verpackungslösung ausschließlich aus marinen, spezifischen Makroalgen-Rohstoffen zur Reststoffverwertung bestehen. Das Rohmaterial soll weiterhin mit Extrakten ausgewählter Makroalgenarten, die bioaktive Inhaltsstoffe beinhalten, veredelt werden, damit die Verpackungslösung nicht nur normiert und nachhaltig ist, sondern auch positive Wirkung auf das zu verpackende Lebensmittel bzw. für den Verbraucher einen gesundheitlichen Mehrwert hat. Das Verpackungsdesign wird von der Firma NORDSEE konzipiert und nach der technischen Entwicklung getestet. Die Forschungspartner Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und die Hochschule Bremerhaven (HS) werden die passenden Rohstoffe identifizieren, produzieren und die technische Entwicklung des Verpackungskonzepts vornehmen.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Bremerhaven, Bachelorstudiengang Lebensmitteltechnologie , -wirtschaft durchgeführt. Ziel des Mak-Pak Projektes ist es, eine nachhaltig produzierte, entsorgbare und/oder essbare Verpackungslösung als Darreichungsform für Lebensmittel im Außerhausverzehr sowie im Imbiss-Segment zu entwickeln. Dabei soll die Verpackungslösung ausschließlich aus marinen, spezifischen Makroalgen-Rohstoffen zur Reststoffverwertung bestehen. Das Rohmaterial soll weiterhin mit Extrakten ausgewählter Makroalgenarten, die bioaktive Inhaltsstoffe beinhalten, veredelt werden, damit die Verpackungslösung nicht nur normiert und nachhaltig ist, sondern auch positive Wirkung auf das zu verpackende Lebensmittel bzw. für den Verbraucher einen gesundheitlichen Mehrwert hat. Das Verpackungsdesign wird von der Firma NORDSEE konzipiert und nach der technischen Entwicklung getestet. Die Forschungspartner Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und die Hochschule Bremerhaven (HS) werden die passenden Rohstoffe identifizieren, produzieren und die technische Entwicklung des Verpackungskonzepts vornehmen.

Teilprojekt G

Das Projekt "Teilprojekt G" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FUCHS Schmierstoffe GmbH durchgeführt. Im Teilprogramm Additives I sollen enzymatische Syntheseprozesse zur Produktion von hochwertigen Schmierstoffadditiven aus biogenen Rohstoff- und Abfallströmen entwickelt werden. Die Abfallströme dienen dabei sowohl als Nährstoffquelle zur Enzymproduktion als auch als Quelle der Synthone für die Schmierstoffadditivsynthese. Die angestrebte Entwicklung eines marktfähigen Prozesses zur Additivsynthese teilt sich daher in ein Unterprojekt zur Entwicklung eines Biokatalysators und einen Entwicklungsstrang für die Additivsynthese. Projektziel ist eine diversifizierte Wertschöpfungskette zur Produktion von Rohstoffen für Schmierstoffe, um ein nachhaltiges und ökologisch sinnvolles Wachstum in diesem Bereich zu gewährleisten. Die Arbeitspakete umfassen alle Schritte zur Entwicklung von biogenen Schmierstoffkomponenten, von der Identifizierung geeigneter biogener Rohstoffe bis zu anwendungsnahen Prüfungen der biokatalytisch hergestellten Produkte. Auf Basis der Ergebnisse aus dem Vorgängerprojekt wird ein gezieltes Up-Scaling erfolgen. Daneben werden weitere Komponenten angestrebt, die direkt in Schmierstoffen eingesetzt werden können, als auch Zwischenprodukte, die als 'building blocks' für eine ganze Reihe von Folgeprodukten dienen können. Die Produkte werden unter schmierstoffrelevanten Aspekten geprüft und bewertet; die Ergebnisse führen ggf. zu Modifikationen am Herstellprozess. Anschließend wird auch die biokatalytische Produktion der neuen Komponenten auf die für technische Anwendungen nötige Größe hoch skaliert.

Teilprojekt Jowat SE

Das Projekt "Teilprojekt Jowat SE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jowat SE durchgeführt. Das Vorhaben betrifft die Gewinnung von pflanzlichen Proteinen mit mizellarer Struktur aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie sowie die Entwicklung eines Klebstoffes auf Basis dieser Proteine. Dieser soll als Kaschierklebstoff in Lebensmittelverpackungen zum Einsatz kommen. Aufgrund der speziellen Struktur der Proteine soll der Klebstoff eine geringe Durchlässigkeit gegenüber Sauerstoff aufweisen und zudem eine hohe Verbundhaftung gewährleisten. Die Kombination beider Eigenschaften in einem Material soll den Schutz des verpackten Lebensmittels sicherstellen, die Substitution erdölbasierter Polymere ermöglichen und zugleich die Zahl der Schichten in Mehrschichtverbunden reduzieren. Dies hat eine erhebliche Materialeinsparung zur Folge und leistet somit einen wertvollen Beitrag zur Nachhaltigkeit in der Lebensmittelindustrie. Da der proteinbasierte Klebstoff zudem durch Enzyme relativ leicht in Lösung überführt werden kann, ermöglicht dessen Einsatz eine sortenreine Trennung der Kunststoffschichten und erleichtert somit das Recycling der Verpackung. Um das Vorhaben strukturiert und effizient zu verfolgen, sind die Aufgaben in Arbeitspaketen definiert. Zunächst ist das Verfahren der Mizellenproteingewinnung auf proteinreiche Reststoffe der Lebensmittelindustrie anzupassen und zu optimieren. Auf Basis der dabei extrahierten Proteine sind Klebstoffformulierungen zu entwickeln und hinsichtlich Applizierbarkeit, Barriere und Adhäsion zu optimieren. Die verschiedenen Klebstoffe sind auf verschiedene Papier- und Polymersubstrate zu applizieren. Dabei soll eine Optimierung der Beschichtungsparameter erfolgen. Die dabei im Labormaßstab hergestellten Mehrschichtverbunde sind hinsichtlich aller relevanter Eigenschaften zu charakterisieren. Auf Basis dieser Ergebnisse kann eine weitere Anpassung der Formulierung erfolgen. Abschließend sind die Verfahren der Proteinextraktion, der Formulierung sowie der Herstellung von Mehrschichtverbunden in den Pilotmaßstab zu übertragen.

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