Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
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Bioraffinerie - Aufschluss mit Heißwasser und Organosolvbehandlung

Ausgangslage

Lignozellulosebasierende Bioraffinieren haben in den vergangen Jahren viel Aufmerksamkeit in der wissenschaftlichen Fachpresse bekommen. Deren Ziel ist, analog zur klassischen Ölraffinerie, durch eine Abfolge von Prozessen, wertgesteigerte Produkte aus erneuerbaren, lignozellulosischen, Ressourcen herzustellen. Ihre Produkte sind Rohstoffe für die chemishe Industrie, Nahrungsmittel und Futterherstellung oder die Produktion von Biokraftstoffen. Die offensichtlichen Vorteile von lignozellulosebasierenden Bioraffinierien sind, dass ihre Rohstoffe oft günstig und als Nebenprodukte der Land- und Forstwirtschaft leicht verfügbar sind, und dass sie eine breite Produktpalette bieten.

 

Lignozellulosische Biomasse besteht aus drei Hauptbestandteilen – Zellulose, Hemizellulose und Lignin – die erst einmal aufgebrochen werden müssen, bevor sie zu bestimmten Produkten weiterverarbeitet werden können. Es gibt verschiedene chemische, physikalische und biologische Verfahren um diese Auftrennung zu bewerkstelligen.

Zielsetzung

Wir wollen ein Verfahren entwickeln, welches lignozellulosische Biomasse möglichst quantitativ aufschließt, um insbesondere reines, schonend extrahiertes, chemisch nicht inaktiviertes Lignin, aber auch möglichst reine Fasern und Nebenprodukte zu gewinnen.

Umsetzung

Experimentelle Untersuchung an der Laboranlage

Wir untersuchen zwei Behandlungen um Weizenstroh aufzuspalten: Heisswasserhydrolyse (Liquid Hot Water, LHW) und Ethanol-Organosolvbehandlung (EOS). Deren Vorteile sind, dass die verwendeten Chemikalien nicht giftig, und leicht zurückzugewinnen sind. Da keine weiteren Chemikalien eingebracht werden, gestalten sich die Aufarbeitungs- und Rückgewinnungsschritte weniger komplex. Die Kehrseite ist, dass ohne die Verwendung eines Katalysators geringere Ausbeuten erzielt werden. Das macht es nötig, dass die Bedingungen für beide Behandlungen und des Gesamtprozesses gründlich untersucht und optimiert werden müssen.

 

 

Wir können in unseren Labors Heisswasserhydrolyse und Organosolvbehandlung in Hochdruckautoklaven durchfürhen. Die Reaktionen finden bei Temperaturen von 150 bis 200 °C unter Druck statt und können bis zu zwei Stunden andauern. In mehreren Versuchsreihen wurden verschiedene Bedingungen und Rohmaterialien getestet und die entstehenden festen und flüssigen Produkte analysiert. Im Allgemeinen steigt der Grad der Fraktionierung der Biomass mit der Stärke der Versuchsbedingungen. Jedoch stoppen die Reaktionen damit nicht. Lignin und Kohlehydrate reagieren weiter, werden umgewandelt und abgebaut. Darum sind sehr harsche Bedingungen nicht immer wünschenswert.

Prozesssimulation

Unsere Versuche werden mittels Prozesssimulation begleitet. Die Ergebnisse der Experimente werden im Fließbild- und Simulationspaket ASPEN Plus® verwendet, wo die Integration und Bilanzierung des Lignozellulose-Bioraffinerieprozesses stattfindet.

Ausblick

Die Erkenntnisse und Erfahrung die wir während unserer anhaltenden Versuchsreihe sammeln, fließen in den Aufbau einer Pilotanlage zur Organosolvligninproduktion ein, welche noch 2015 in Betrieb gehen soll.

 

Kontakt:

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

Beteiligte Mitarbeiter/-innen:

Univ.Ass. Dipl.-Ing. Stefan Beisl

Ass.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Michael Harasek

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

Dipl.-Ing. Dr. Felix Weinwurm

Univ.Ass. Dipl.-Ing. Dr.techn. Walter Wukovits