Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
> Zum Inhalt

 

 

Leiter Forschungsschwerpunkt

Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Anton Friedl

Forschungsschwerpunkt Bioraffinerie

Leiter: Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Anton Friedl

Das Thema Bioraffinerie ist ein gemeinsamer Forschungsschwerpunkt innerhalb des Forschungsbereichs „Thermische Verfahrenstechnik und Simulation“. Bioraffinerien stellen integrative, multifunktionale Gesamtkonzepte dar, die Biomasse als Eingangsstoff nutzen, um daraus eine Vielzahl an nachhaltig hergestellten Zwischen- und Endprodukten wie Chemikalien, Materialien, Bioenergie und Biotreibstoff zu generieren. Das Ziel dieser Bioraffinerien muss es sein, die Biomasse vollständig zu nutzen. Nicht mehr stofflich nutzbare Anteile der Biomasse werden zur Bereitstellung von Energie für den Prozess und für externe Nutzung eingesetzt.

 

Unsere Forschung beinhaltet verschiedene Arten von Bioraffinerien (stofflich orientiert, energieorientiert, unterschiedlichste Rohstoffe, zentral, dezentral). Der Fokus unserer Arbeiten liegt jedoch in den Bereichen:

  • Lignocellulose Bioraffinerie
  • Nutzung von derzeit ungenutzten oder rein energetisch genutzten Reststoffen, etwa aus der Agrar- oder holzverarbeitenden Industrie (z.B. Getreidestroh, Rinde, Sägeabfälle oder Strauchschnitt)
  • Hoher Anteil an stofflicher Nutzung des Rohstoffs (Chemikalien, Materialien, …)
  • Herstellung von Nanolignin als hochwertgeschöpftes Zwischenprodukt
  • Dezentrale Bioraffineriekonzepte
  • Geringe Umweltauswirkungen der Bioraffineriekonzepte

Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zum Thema Bioraffinerie umfassent alle Aspekte des Forschungsbereichs. Dazu zählen:

  • praktische Arbeiten in Labor und Technikum
  • simulationsbasierte Arbeiten in der Numerischen Strömungssimulation (CFD)
  • simulationsbasierte Arbeiten in der Prozesssimulation
  • Forschung zu benötigten Stoffdaten
  • Wirtschaftlichkeitsanalysen

 

CFD Biomasseschüttung im Extraktionsreaktor
CFD Ergebnisse (Geschwindigkeitsverteilung)
Prozesssimulations Flowsheet eines Bioraffineriekonzeptes

In vielen Bereichen gehen wir auch Kooperationen mit Partnern innerhalt des Institutes, der TU Wien aber auch mit externen Partnern ein. Etwa zu den Themen:

  • Nutzung der erhaltenen Zuckerfraktionen in der biotechnologischen Herstellung von Zuckerersatzstoffen oder Medikamenten,
  • stoffliche Nutzung der Cellulosefraktion,
  • Nutzung von Restströmen in Biogasfermentationen oder
  • Beurteilung unserer Bioraffineriekonzepte mittels Lebenszyklusanalyse

Die praktischen Arbeiten umfassen im ersten Schritt die Durchführung der Biomassevorbehandlung. Wir setzen dazu vorwiegend einen Organosolv-Extraktionsprozess basierend auf einem Wasser-Ethanol-Gemisch als Lösungsmittel ein. Diese praktischen Arbeiten werden sowohl in Laboranlagen als auch in unserer neuen, voll automatisierten Extraktions-Pilotanlage durchgeführt.

Links: Pilotanlage, 10 L Extraktor, max. 220 °C, 30 bar, 60 L Extraktsammelbehälter, Dünnschichtverdampfer (Lösungsmittelrückgewinnung und Aufkonzentrierung Extrakt)
Rechts oben: 1 L Reaktor, max. 250 °C, 50 bar; Rechts unten: Reaktorsystem mit 5 Reaktoren, je 45 mL, max. 300 °C, 115 bar

Im zweiten Schritt der praktischen Arbeiten werden die einzelnen Fraktionen zu Produkten weiter verarbeitet. Die feste Cellulosefraktion wird beispielsweise auf ihre Einsatzmöglichkeit in der Papier- und Zellstoffindustrie sowie zur Gewinnung von Glucose mittels enzymatischer Hydrolyse hin untersucht. Die gewonnene Glucose dient als Einsatzstoff für biotechnologische Fermentationen, die von Projektpartnern durchgeführt werden.

Flüssige Extrakte mit hohem Hemicellulose- und niedrigem Ligninanteil werden derzeit beispielsweise zur biotechnologischen Produktion von Zuckerersatzstoffen (Erythritol, Xylitol) in Kooperation mit Projektpartnern eingesetzt.

Wird die Extraktion bei hohen Drücken und Temperaturen durchgeführt, so weist das Extrakt einen hohen Ligninanteil auf. Daraus werden in einem von uns patentierten Fällungsprozess Ligninpartikel im Größenbereich von Mikrometern bis Nanometern hergestellt. Anschließend erfolgt eine Reinigung und Aufkonzentrierung der gebildeten Nanolignin Partikel mittels Membrantechnik (Ultrafiltration). Auch die Aufkonzentrierung des Extraktes vor der Fällung mittels Nanofiltration wird von uns untersucht, um den gesamten Bioraffinerieprozess zu optimieren.

Gefälltes Lignin in Lösung
Scanning Electron Microscopy (SEM) Aufnahme von Nanolignin

Das gewonnene Nanolignin kann aufgrund seiner natürlichen Eigenschaften, wie UV Absorption, antioxidative und biozide Wirkung, aber auch aufgrund seiner chemischen Struktur zu einer Vielzahl an Endprodukten weiterverarbeitet werden. Dadurch ergeben sich für uns vielfältige Kooperationsmöglichkeiten mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft in Richtung Produktentwicklung.

Anwendungsgebiete von Nanolignin

Wenn sie an den Themen Bioraffinerie oder Nanolignin interessiert sind, dann kontaktieren sie uns! Wir vereinbaren gerne einen Termin für ein Gespräch und zur Besichtigung unserer Anlagen.

 

Downloads:

 

Kontakt:

Univ.Ass. Dipl.-Ing. Dr.techn. Martin Miltner

Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Anton Friedl