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Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von J. Rettenmaier & Söhne GmbH & Co. KG durchgeführt. Unter Verwendung neuartiger ionischer Flüssigkeiten wird ein einfach durchzuführendes, druckloses, allgemein anwendbares Verfahren zur Gewinnung von Lignin, Cellulose und Hemicellulose, Gerbstoffen und Harzen aus biogenem Material entwickelt, das mit Prozesstemperaturen zwischen 60 und 80 Grad Celsius und Aufschlusszeiten von wenigen Stunden auskommt, und eine wirtschaftliche Verwertung aller Holzbestandteile ermöglicht. Im technologischen und wirtschaftlichen Erfolgsfall wird die gesamte Prozesskette in den Technikumsmaßstab übertragen und optimiert. Zielsetzung ist, die gewonnene Liginfraktion für die Verwendung im Bereich der Polymerchemie zu prüfen. Die Cellulose wird zu Zerfallshilfsmitteln bei Tablettieranwendungen, Papieren, Filterhilfsmitteln, bauchemischen Additiven und mikrokristalliner Cellulose verarbeitet. Aus den Hemicellulosen werden Papieradditive und lösliche Ballaststoffe hergestellt. Die Forschungsarbeiten, anwendungstechnischen Untersuchungen und die technische Umsetzung des Verfahrens sind in Aufgabenpaketen beschrieben, die nach dem Projektplan abgearbeitet werden. Die gundlagenorientierten Arbeiten in synthetischer präparativer und analytischer Hinsicht werden von den Hochschulpartnern (HTW Aalen, Uni Hamburg) durchgeführt. Die anwendungs- bzw. verfahrenstechnischen Aufgaben werden von den Industriepartnern (BTS, Rettenmaier) bearbeitet.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayer Technology Services GmbH durchgeführt. Unter Verwendung neuartiger ionischer Flüssigkeiten wird ein einfach durchzuführendes, druckloses, allgemein anwendbares Verfahren zur Gewinnung von Lignin, Cellulose und Hemicellulose, Gerbstoffen und Harzen aus biogenem Material entwickelt, das mit Prozesstemperaturen zwischen 60 und 80 Grad Celsius und Aufschlusszeiten von wenigen Stunden auskommt, und eine wirtschaftliche Verwertung aller Holzbestandteile ermöglicht. Im technologischen und wirtschaftlichen Erfolgsfall wird die gesamte Prozesskette in den Technikumsmaßstab übertragen und optimiert. Zielsetzung ist, die gewonnene Liginfraktion für die Verwendung im Bereich der Polymerchemie zu prüfen. Die Cellulose wird zu Zerfallshilfsmitteln bei Tablettieranwendungen, Papieren, Filterhilfsmitteln, bauchemischen Additiven und mikrokristalliner Cellulose verarbeitet. Aus den Hemicellulosen werden Papieradditive und lösliche Ballaststoffe hergestellt. Die Forschungsarbeiten, anwendungstechnischen Untersuchungen und die technische Umsetzung des Verfahrens sind in Aufgabenpaketen beschrieben, die nach dem Projektplan abgearbeitet werden. Die gundlagenorientierten Arbeiten in synthetischer präparativer und analytischer Hinsicht werden von den Hochschulpartnern (HTW Aalen, Uni Hamburg) durchgeführt. Die anwendungs- bzw. verfahrenstechnischen Aufgaben werden von den Industriepartnern (BTS, Rettenmaier) bearbeitet.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Im Rahmen des beantragten Acet-LC Projektes sollen neuartige bio-basierte Kunststoffe auf der Basis lignocellulosischer (LC-)Biomasse entwickelt werden. Die Projektpartner bringen langjährige Erfahrungen der Holzchemie (Universidad de Concepción, UdeC), der Entwicklung (Fraunhofer UMSICHT) und der erfolgreichen Vermarktung biobasierter Kunststoffe (FKuR Kunststoff GmbH) ein. Die Verwendung lignocellulosehaltiger Nebenprodukte als Rohstoffe vermeidet Konkurrenzen mit der Nahrungserzeugung. Der Prozess lässt durch seine kurze Projektkette hohe Ausbeuten und geringe Kosten erwarten. Kern der Prozessentwicklung ist die Acetylierung der LC-Rohmaterialien gefolgt von einer Extraktion niedermolekularer Hemicellulosebruchstücke (AP 1), was an der UdeC untersucht wird. Ausgangsmaterial, Acetylierungsbedingungen und Extraktionsgrad beeinflussen die Eigenschaften des Kunststoffrohmaterials. Die Entwicklung eines marktfähigen Werkstoffs durch Compoundieren mit hocheffizienten, aber umweltschonenden Additiven erfolgt durch Fraunhofer UMSICHT, Abteilung Biobasierte Kunststoffe (AP 2). Die Bewertung aus industrieller Sicht und das Scale-Up der Compoundierung in den industriellen Maßstab übernimmt der Industriepartner FKuR Kunststoff GmbH (AP 3). Die Nachhaltigkeit der zu entwickelnden Technologie wird im Rahmen des Projekts durch eine Ökoeffizienzanalyse, Fraunhofer UMSICHT, Abteilung Ressourcen- und Innovationsmanagement, geprüft (AP 4).

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Aalen, Studiengang Chemie, Schwerpunkt Organische Chemie durchgeführt. Unter Verwendung neuartiger ionischer Flüssigkeiten wird ein einfach durchzuführendes, druckloses, allgemein anwendbares Verfahren zur Gewinnung von Lignin, Cellulose und Hemicellulose, Gerbstoffen und Harzen aus biogenem Material entwickelt, das mit Prozesstemperaturen zwischen 60 und 80 Grad Celsius und Aufschlusszeiten von wenigen Stunden auskommt, und eine wirtschaftliche Verwertung aller Holzbestandteile ermöglicht. Im technologischen und wirtschaftlichen Erfolgsfall wird die gesamte Prozesskette in den Technikumsmaßstab übertragen und optimiert. Zielsetzung ist, die gewonnene Liginfraktion für die Verwendung im Bereich der Polymerchemie zu prüfen. Die Cellulose wird zu Zerfallshilfsmitteln bei Tablettieranwendungen, Papieren, Filterhilfsmitteln, bauchemischen Additiven und mikrokristalliner Cellulose verarbeitet. Aus den Hemicellulosen werden Papieradditive und lösliche Ballaststoffe hergestellt. Die Forschungsarbeiten, anwendungstechnischen Untersuchungen und die technische Umsetzung des Verfahrens sind in Aufgabenpaketen beschrieben, die nach dem Projektplan abgearbeitet werden. Die gundlagenorientierten Arbeiten in synthetischer präparativer und analytischer Hinsicht werden von den Hochschulpartnern (HTW Aalen, Uni Hamburg) durchgeführt. Die anwendungs- bzw. verfahrenstechnischen Aufgaben werden von den Industriepartnern (BTS, Rettenmaier) bearbeitet.

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RAMPF Eco Solutions GmbH & Co. KG durchgeführt. Unter Verwendung neuartiger ionischer Flüssigkeiten soll ein einfach durchzuführendes, druckloses, allgemein anwendbares Verfahren zur Gewinnung von Lignin, Cellulose und Hemicellulose, Gerbstoffen und Harzen aus biogenem Material entwickelt werden. Damit soll eine wirtschaftliche Verwertung aller Holzbestandteile ermöglicht werden. Die Fa. Rampf überträgt das von den Projektpartnern entwickelte Verfahren zur Gewinnung von Lignin, Cellulose und Hemicellulose aus biogenem Material mit Hilfe neuartiger ionischer Flüssigkeiten in einem größeren Produktionsmaß (Scale-Up). Dabei werden die Prozessparameter optimiert und entsprechende Mustermengen an Cellulose, Hemicellulose und Lignin für die weitere Verarbeitung hergestellt. Neben der Gewinnung, Trennung und gegebenenfalls Reinigung der Stoffströme Lignin, Cellulose und Hemicellulose erfolgt die Herstellung und auch das Recycling der ionischen Flüssigkeiten. Die Fa. Rampf wird den Einsatz der gewonnenen Lignine als Monomere für Polymere (Polyurethan-Kunststoffe) prüfen und dementsprechende, ligninbasierende Kunststoffe entwickeln und prüfen. Ebenfalls werden die Stoffströme Cellulose und insbesondere (modifizierte) Hemicellulose hinsichtlich der Eignungsmöglichkeit als reaktiver Füllstoff bzw. Monomer in Kunststoff-Applikationen geprüft.

Enzyme für den Aufschluss von lignocellulosehaltiger Biomasse und Produktion von Zuckern (C6, C5) sowie Wertstoffen

Das Projekt "Enzyme für den Aufschluss von lignocellulosehaltiger Biomasse und Produktion von Zuckern (C6, C5) sowie Wertstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V., Abteilung Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Für den Aufschluss von lignocellulosehaltiger Biomasse (z.B. Stroh, Holz, Reststoffe) ist gegenwärtig noch kein ausschließlich biochemisch-enzymatisches Verfahren bekannt. Nach entsprechender Vorbehandlung (z.B. Säure, Lauge, Lösungsmittel, Temperatur, Druck bzw. Kombinationen daraus) können jedoch insbesondere Cellulose/Hemicellulose weiter enzymatisch gespalten werden, um fermentierbare Zucker zu erhalten, die anschließend u.a. als Substrat für Prozesse der (industriellen) Biotechnologie dienen können. Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit all dieser Aufschluss- und Vorbehandlungsmethoden sind letztlich die Effektivität selbst sowie die Vermeidung von Inhibitoren für nachfolgende Prozessstufen. Es gibt bereits einige Enzympräparate am Markt, die für diesen Zweck einsetzbar sind. Im vorliegenden Projekt soll geprüft werden, inwieweit neue Enzyme (teils aus anderen Mikroorganismen/Pilzen gewonnen) über bessere Ausbeuten und Einsatzmöglichkeiten verfügen. Am Beispiel der Milchsäurefermentation werden entsprechend hydrolysierte Substratmuster auf den Gehalt an fermentierbaren Zuckern sowie deren Konversionsgrad zu Milchsäure untersucht.

Teilvorhaben 6: Anwendungstechnische Untersuchungen mit Schwerpunkt auf ionischen Flüssigkeiten

Das Projekt "Teilvorhaben 6: Anwendungstechnische Untersuchungen mit Schwerpunkt auf ionischen Flüssigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Merck Solvent Innovation GmbH durchgeführt. Das Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines technischen Prozesses zum Aufschluss von lignocellulosehaltigen Rohstoffen wie Buche und Pappel und deren Auftrennung in ihre Komponenten (Cellulose, Hemicellulosen und Lignin). Es sollen für das Konzept aussichtsreiche ionische Flüssigkeiten identifiziert, synthetisiert und charakterisiert werden. Weiterhin sollen die aufgrund von Basisuntersuchungen am Besten geeigneten ionischen Flüssigkeiten den Projektpartnern in ausreichender Menge zur Verfügung gestellt werden. Die Verwertung ist auf folgende Weise möglich: Patentierung des Verfahrens und oder der am besten geeigneten spezifischen ionischen Flüssigkeit. Kommerzieller Vertrieb der ionischen Flüssigkeiten. Weiterverarbeitung der Inhaltsstoffe zu wertvollen Substanzen wie z.B. Antioxidantien oder APIs und deren Vertrieb.

Entwicklung optimierter Enzymcocktails zum Lignocelluloseaufschluss

Das Projekt "Entwicklung optimierter Enzymcocktails zum Lignocelluloseaufschluss" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie durchgeführt. Im Unterschied zu den fossilen Rohstoffen Erdöl und Kohle sind Lignocellulosen wie Holz und Stroh in nahezu unerschöpflicher Menge vorhanden. Ziel des Vorhabens ist es, die Hauptbestandteile der pflanzlichen Zellwand Lignin, Cellulose und Hemicellulose mittels eines neuen mechanisch/enzymatischen Verfahrens aufzuschließen und diese damit wesentlich besser als bislang technisch nutzbar zu machen. Aus jüngsten eigenen Vorarbeiten geht eindeutig hervor, dass Enzyme aus der Klasse der Esterasen eine wesentliche Rolle beim natürlichen Abbau von Lignocellulosen durch holzzersetzende Pilze spielen. Diese Erkenntnis soll im Rahmen des Kooperationsprojektes dazu genutzt werden, die in Russland aktuell in Entwicklung befindlichen Enzymcocktails signifikant zu verbessern. Dazu müssen die neuen Enzyme zunächst auf molekularer Ebene charakterisiert werden. Darauf aufbauend werden geeignete Produktionsorganismen für industrielle Enzymcocktails auf Basis von Penicillium-Stämmen generiert. Die wissenschaftlichen Expertisen der beteiligten Partner sind in idealer Weise komplementär und sollen zum Aufbau einer langfristig tragfähigen Kooperation über das beantragte Projekt hinaus genutzt werden.

Teilvorhaben 4: Erfassung funktioneller hydrolytischer Netzwerke in Biogasanlagen mittels Microarraytechnologie

Das Projekt "Teilvorhaben 4: Erfassung funktioneller hydrolytischer Netzwerke in Biogasanlagen mittels Microarraytechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH, Institut für Bodenökologie (IBOE) durchgeführt. Da Hemicellulose und Cellulose einen großen Anteil an den vergärbaren Inhaltsstoffen der lignocellulosehaltigen Biomasse (LCB) ausmachen, ist der Nachweis der Induktion von intra- und extrazelluläre Cellulasen (Endoglucanasen, Exoglucanasen, Cellobiosephosphorylase, Cellodextrinphosphorylase ect.) von besonderem Interesse. Ziel des Projektes ist es daher ein Nachweissystem für die entsprechenden Gene und Transkripte auf der Basis der sogenannten Mikorarraytechnologie zu validieren und im Rahmen der geplanten gemeinsamen Beprobungen einzusetzen. Erster Schritt soll die Herstellung eines Mikroarrays (Biochips) zur Erfassung der mikrobiellen Abbauleistung für polymere Zucker sein. Im zweiten Schritt soll die Validierung des Mikroarrays erfolgen. Hierbei soll das Erkennungsspektrum der Sonden unter den verwendeten Hybridisierungsbedingungen detailliert ausgetestet werden, Ergebnisse über die Induzierbarkeit ganzer Gencluster sind für die Steuerung eines effizienten optimierten Betriebes von Biogasanlagen eine wichtige Voraussetzung.

Hydrothermolyse von Biomasse

Das Projekt "Hydrothermolyse von Biomasse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Waagner-Biro AG durchgeführt. Das Verfahren bewirkt einen sehr umweltfreundlichen Aufschluss von Biomasseprodukten wie z.B. Stroh, Holz, Altpapier, da als Agens nur Wasser verwendet wird. In einem Perkolationsreaktor wird die pflanzliche Biomasse bei ca. 200 Grad Celsius mit Wasser durchstroemt, dabei loesen sich die Hemicellulose und ein wesentlicher Anteil des Lignins im Eluat. Da die Hemicellulose zwar in ihrem Molekulargewicht verringert, aber qualitativ in der Loesung erhalten wird, steht sie fuer die enzymatische Verzuckerung vollstaendig zur Verfuegung. Der Rueckstand, der die Cellulose enthaelt, ist nach etwa halbstuendigem Betrieb ideal fuer eine nachfolgende enzymatische Verzuckerung aufgeschlossen. Ueber 90-prozentige Verzuckerungsraten werden dabei erhalten. Nach der Verzuckerung des Hemicelluloseneluats koennen Produkte wie Xylit und Furfural in hohen Ausbeuten erhalten werden. Die Pentoseloesungen sind auch fermentativ zu Butanol, Ethanol oder Hefe umsetzbar. Aus der vorbehandelten und verzuckerten Cellulose kann das breite Spektrum der Glucosechemie (Herstellung von Ethanol, Ethylen, Zitronensaeure, Antibiotika, Hefe, usw.) erschlossen werden.

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