Klimafreundliche Bioökonomie-Lösungen mit Industrieforschung erreichen

Forscher aus der Zuse-Gemeinschaft zeigten das Innovationspotenzial bei
der Nutzung biogener Rohstoffe
Berlin, 8. Oktober 2021. Vom Biomasseanbau und der energetischen Nutzung
über das Herstellen von Zwischenprodukten bis hin zum Verwenden biogener
Ressourcen in langlebigen Verbraucherprodukten: die Bioökonomie umgibt uns
schon heute tagtäglich. Doch welche Innovationen zeichnen sich ab, um die
Wirkung biogener Ressourcen im Sinne des Klimaschutzes zu maximieren? Das
war Thema beim Online-Werkstattgespräch Bioökonomie der Zuse-Gemeinschaft
am 6. Oktober.

Forschende aus der Zuse-Gemeinschaft arbeiten in gemeinnützigen Instituten
an technischen Schlüsselfragen für Bioökonomie-Innovationen. Zugleich
kooperieren sie mit Unternehmen, um solche Neuerungen näher an den Markt
zu bringen. Wie Innovationshöhe und Marktnähe zusammenkommen, machten drei
der insgesamt 19 im Cluster Bioökonomie der Zuse-Gemeinschaft vertretenen
Institute beim Werkstattgespräch deutlich.

Fermentation schafft Energie- und Chemieprodukte aus Pizzaresten
Nutzungsoptionen von Biomasse werden oft als Konkurrenz wahrgenommen. Wie
diese entschärft werden kann, zeigte Dr. Stefan Dröge, Abteilungsleiter
Biotechnologie beim Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens (PFI). Am
Beispiel von Teigresten aus Pizza und anderen Backwaren als Rohstoffquelle
stellte er vor, wie sich sowohl Biogas als Energielieferant wie auch
Biobutanol als Treibstoff oder als Chemikalie für die Industrie gekoppelt
aus den Reststoffen gewinnen lassen. „Biobutanol ist nicht nur eine
interessante Alternative zu Bioethanol als Kraftstoff, sondern bietet auch
interessante Einsatzgebiete in der chemischen Industrie“, erklärte Dröge,
der ein erhebliches Rohstoffpotenzial bei Reststoffen aus der
Backwarenindustrie sieht, die regional für Bioökonomie-Kreisläufe genutzt
werden könnten. Ähnliches gilt unter anderen Vorzeichen für Stroh als
Rohstoffquelle für Energieprodukte einerseits und für hochwertige
Plattformchemikalien andererseits. „In einem vom
Bundesforschungsministerium geförderten Projekt der Initiative Bioeconomy
International haben wir durch die Fermentation von aufgeschlossenem Stroh
die Produktion der wertvollen Plattformchemikalie Bernsteinsäure und die
Gewinnung von Biogas erreicht“, stellt Dröge fest.

CO2 einsparen durch biogene Schäume und Fasern für den Auto-Innenraum
Wie textile Anwendungen aus der Bioökonomie verstärkt in einem
Schlüsselbereich der Energiewende - der Mobilität - zum Zuge kommen
können, berichtete Dr. Frank Meister, Abteilungsleiter Chemische Forschung
beim Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK)
anhand des von der Europäischen Union geförderten Projekts BioMotive. Das
TITK ist dort eingebunden in die Entwicklung biogener Fasern und neuer
Leichtbauwerkstoffe für den Auto-Innenraum, wo sie z.B. für Sitze,
Armaturenbrett oder Türinnenverkleidung gebraucht werden. Unter anderem
entwickelten die Forschenden neue sogenannte Lyocellfasern aus
modifizierten Papierzellstoffen. Der besondere Vorzug am TITK: An dem
Thüringer Institut konnten die neu entwickelten Fasern in einer
kleintechnischen Versuchsanlage im Maßstab von mehreren 100 kg hergestellt
werden. Das erhöht die Vergleichbarkeit mit den Realitäten der Industrie
und war Design-Basis für eine unlängst errichtete Demo-Anlage der Metsä-
Tochter MI Demo im finnischen Äänekoski. „Lyocellfasern als biogener
Werkstoff vermeiden Umweltbelastungen wie sie bei anderen Materialien
durch die Risiken von Mikroplastik entstehen. Hinzu kommt als Klima-Plus:
Durch die von uns mit entwickelten und bewerteten Fasern und
Verfahrensprinzipien lässt sich der CO2-Fußabdruck bei der Produktion von
Fahrzeugen spürbar verringern“, erklärt Meister.

Kombination von CO2-Elektrolyse und Biotech-Wertstoffsynthese
Dass mithilfe von Bioökonomie-Lösungen CO2 nicht nur eingespart werden
kann, sondern auch negative Emissionen des Klimagases erreichbar sind,
deutete Dr. Markus Stöckl vom DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI) an. In
seinem Vortrag „Mit Strom und CO2 zum Biokunststoff“ zeigte er auf, wie
die Elektrolyse dazu genutzt werden kann, Erneuerbare Energien „lagerbar“
zu machen. Der Ansatz: Aus Kohlendioxyd so genanntes Formiat zu
produzieren, das als Feststoff lagerbare Salz der Ameisensäure, das
Mikroorganismen als Energie- und Kohlenstoffquelle dienen kann, die
wiederum daraus den Biokunststoff Polyhydroxybutyrat (PHB) herstellen.
Durch die elektrochemische Herstellung des Zwischenprodukts Formiat können
unterschiedliche Mikroorganismen eingesetzt werden. „Wir nutzen ein
‚Knallgasbakterium‘ als Mikroorganismus, das auf Wasserstoff, aber auch
auf Formiat wachsen kann“, erläutert Stöckl zu dem vom
Bundesforschungsministerium geförderten Projekt. Das durch die
Mikroorganismen gewonnene PHB zeigt beispielhalft die Kopplung von
Elektrolyse und Biosynthese. Es kann in der Kunststoffindustrie verwendet
werden. „Unser biotechnologisches Verfahren ist zwar noch nicht marktreif,
hat aber gute Fortschritte gemacht. Zudem können wir auf eine langjährige
gute Zusammenarbeit mit einem KMU bauen, was beiden Seiten für Praxisnähe
und für die Umsetzung von Innovationen hilft“, sagt Stöckl.

„Kennzeichen erfolgreicher Bioökonomie-Forschung in der Zuse-Gemeinschaft
ist der praxisnahe Transfer konkreter Ergebnisse in die Wirtschaft“,
erklären die Koordinatoren des Clusters Bioökonomie, Prof. Frank Miletzky
und Dr. Michael Meyer. „Inhaltlich gilt: Die Forschung ist einer
nachhaltigen, klimaschonenden Entwicklung ebenso verpflichtet wie dem
übergeordneten Ziel einer kreislauforientierten Wirtschaft“, so Meyer und
Miletzky.