Die kombinierte stoffliche und energetische Nutzung von Reststoffen aus der Lebensmittelproduktion und dem Agrarsektor ist seit vielen Jahren ein zentraler Forschungsbereich der PFI Biotechnologie. Mit dem Forschungsprojekt Waste4Butanol&Biogas können wir unsere Expertise in diesem wichtigen Forschungsfeld der Bioökonomie weiter stärken. Das Projekt mit einer Laufzeit von 2½ Jahren ist im Oktober 2017 gestartet und wird im Rahmen des Programms INNO-KOM vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Ziel ist eine energieoptimierte und reststoffbasierte Produktion von Butanol, eines langkettigen Alkohols der vielfältige Anwendung in der chemischen Industrie findet, gleichzeitig aber auch als hochwertiger Biotreibstoff eingesetzt werden kann.

01.10.2017 – 31.03.2020

Hintergrund – Biobutanol in der chemischen Industrie und als Biotreibstoff

Innerhalb der letzten Jahre hat sich der Bedarf an Plattformchemikalien und Treibstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen und organischen Reststoffen deutlich erhöht. Bereits heute sind bis zu 15 % der deutschen Chemieproduktion biobasiert und der Verband der Chemischen Industrie eV (VCI) rechnet mit einem Zuwachs von 50 % bis 2030. Ein vielversprechendes Produkt innerhalb des stark wachsenden Marktes für biobasierte Chemikalien stellt Butanol dar. Butanol findet vielerlei Anwendung z.B. als Lösungsmittel in der Kosmetikindustrie, für Hydraulikflüssigkeiten, Reinigungsmittelformulierungen, Arzneistoffe, als Zwischenprodukt für die Herstellung von Acrylsäurebutylester und Methacrylsäure und als Extraktionsmittel. Darüber hinaus hat Butanol als Biotreibstoff im Vergleich zu Ethanol viele Vorteile, wie z.B. geringere Flüchtigkeit, höherer Energiegehalt, geringere Hygroskopie und es kann in jedem beliebigen Verhältnis mit Benzin gemischt werden.

Ansatzpunkt und Zielsetzung - Nutzung von Ausschussware aus Tiefkühlpizza- und Backwarenindustrie

Zentraler Ansatzpunkt des Projektes ist es, eine ABE-Fermentationstechnologie zu entwickeln die als Ausgangssubstrat Ausschussware der Backwaren- und Tiefkühlpizzaindustrie nutzt. ABE steht für die Produkte Aceton, Butanol und Ethanol welche gleichzeitig mit bestimmten Stämmen der Gattung Clostridium, z.B. Clostridium beijerinckii und Clostridium acetobutylicum, produziert werden können. Die als Rohstoff für die Fermentation im Fokus stehenden Reststoffströme haben ein erhebliches Potential. Allein die Retouren der Bäckereien (nicht abverkaufte Brote, Brötchen und andere Backwaren) summieren sich auf Basis verschiedener Hochrechnungen deutschlandweit auf mehr als 500.000 Tonnen pro Jahr, europaweit ist von mehr als 3 Mio. Tonnen auszugehen. Daneben fallen aus der Produktion der Backwaren sowie insbesondere auch bei der Produktion von Tiefkühlpizza erhebliche Mengen an Teigresten als Produktionsüberschuss an.

Kernaspekte der geplanten Verfahrensentwicklung zur Nutzung dieser stärke- und fettreichen Reststoffe sind die Adaption natürlicher Butanolproduzenten an hohe Produktkonzentrationen, die Immobilisierung der Mikroorganismen auf Füllkörpern zur Realisierung einer kontinuierlichen Produktion im Rieselstromverfahren und die in-situ Produktabtrennung durch Strippung. Eine weitere Innovation besteht darin, dass das Verfahren energieautark betrieben werden soll. Die Butanolfermentation geschieht ausschließlich mit der Kohlenhydratfraktion der eingesetzten Reststoffe. Es bleiben jedoch Fette, Proteine und die produzierte Zellmasse zurück. Diese energiereichen Reststoffe sollen nach der Fermentation anaerob zu Biogas vergoren werden. Das Biogas dient als Energieträger für die Bereitstellung von thermischer und elektrischer Energie. Abbildung 1 zeigt den vereinfachten schematischen Aufbau der geplanten Verfahrensentwicklung.

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