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Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes // Montanuniversität Leoben
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Biogene Rohstoffe

Als biogene Rohstoffe für chemische Produkte werden zumeist pflanzliche und tierische Biomasse oder auch Abfall- und Reststoffe eingesetzt. Diese Rohstoffe sind nicht neu, in Wahrheit basierte die frühe chemische Industrie zu einem hohen Grad auf erneuerbaren Rohstoffen aus Holz, Zucker, Stärke und tierischen Fetten. Mit dem Aufkommen von Erdöl wandelte sich die Rohstoffbasis der Industrie, da Erdöl leichter zu verarbeiten war als Biomasse. Aufgrund der Klimadiskussion und dem gestiegenen Umweltbewusstsein der Konsumenten versucht man in den letzten Jahren aber wieder vermehrt auf erneuerbare Rohstoffe und Biomasse zurückzugreifen.

Die Hauptprobleme bei der Verwendung von Biomasse als Rohstoff sind die ungeheure Vielfalt und Heterogenität der Materialien. Prozesse, die auf Biomasse basieren, sind daher meist auf einen speziellen Rohstoff zugeschnitten. Zwischen diesem Rohstoff und dem Endprodukt ist eine Fülle von Prozessschritten notwendig, welche Energie und Chemikalien benötigen und gut aufeinander abgestimmt werden müssen. Die Verarbeitung von Biomasse stellt daher hohe Anforderungen an die Verfahrenstechnik.

Neben landbasierter Biomasse (Mais, Raps, Umtriebsholz etc.) sind in den letzten Jahren vor allem Mikroalgen als Rohstoffquelle in den Fokus gerückt, da sie flächenbezogen höhere Biomasseerträge liefern als Landpflanzen und auch abseits landwirtschaftlicher Agrarflächen produziert werden können (Teller-/Tank-Diskussion). Mikroalgen sind kleine, ein- bis mehrzellige Organismen, die in wässriger Umgebung wachsen und dabei Sonnenlicht und CO2 sowie andere Nährstoffe nutzen. Mikroalgen sind eine vielversprechende Möglichkeit zur Verwertung von klimaschädlichem Kohlendioxid aus industriellen Abgasen.

Mikroalgen werden aktuell vorwiegend zur Gewinnung hochpreisiger Produkte z.B. für Nahrungsergänzungs-, Futtermittel oder Pharmaanwendungen eingesetzt (Omega-3-Fettsäuren, Pigmente usw.). Die dabei verwertbaren CO2-Mengen sind im Vergleich zu den industriellen Emissionen allerdings sehr gering. Zudem ist bei Verwendung von Abgasen als CO2-Quelle eine Vermarktung der Produkte im Pharma- und Nahrungsmittelbereich ausgeschlossen. Es müssen daher andere Wege für eine möglichst vollständige, industrielle Verwertung der produzierten Mikroalgenbiomasse gefunden werden. Ein solcher Weg kann z.B. die Gewinnung raffinerietauglicher Zwischenprodukte (bio-crude) für die Treibstoffproduktion sein (Bio-HTL).

Derzeit scheitert eine wirtschaftliche Nutzung von Mikroalgen zur Gewinnung von Treibstoffen und Energieträgern vor allem an den Kosten der Produktionssysteme (Photobioreaktoren) und der Komplexität des Down-Stream-Processings. Für die zukünftige Umsetzung einer großtechnischen und industrienahen Biomasseproduktionskette auf Basis von Mikroalgen sind daher Verbesserungen bei der Biomasseproduktion (Kostenreduktion), Optimierungen im Down-Stream-Bereich, eine möglichst vollständige Verwertung der gesamten Algenbiomasse sowie die Einbindung der Algenproduktion in bestehende Industrieprozesse und Infrastruktur notwendig. Im Forschungsbereich "Renewable Materials Processing" liegen die Schwerpunkte auf der verfahrenstechnischen Optimierung von Photobioreaktor-Systemen und im Down-Stream Bereich auf der hydrothermalen Verflüssigung von Biomasse.

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