Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik (BioVT)

BERBION: Die Stadt der Zukunft − Eine bedarfsangepasste ZERO-WASTE-Bioraffinerie

Das "BERBION-Projekt" ist ein langfristig angelegtes, innovatives Verbundvorhaben, welches von 13 Partnern aus Wissenschaft, Wirtschaft und öffentlicher Hand über einen Zeitraum von 5 Jahren bearbeitet und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen an einem konkreten Fallbeispiel − dem Hamburger Bezirk Bergedorf − nach Abschluss des Projektes umgesetzt werden. Das Hauptziel ist hierbei die Maximierung der energetischen Nutzung in der Stadt anfallender Biomasse mit minimalem Energieeinsatz. Dafür soll ein ganzheitlicher Ansatz entwickelt werden, welcher alle wesentlichen kommunalen Bioressourcen, die verschiedenen zur Energiegewinnung einsetzbaren Biokonversionsmethoden, den Bedarf an unterschiedlichen Energieträgern sowie die stoffliche Verwertung der bei der Biokonversion anfallenden Reststoffe berücksichtigt. Es soll erstmals die gesamte Breite an kommunal anfallenden, bislang nicht oder nur unzureichend zur Energieerzeugung genutzten Biomassefraktionen betrachtet werden (Bioabfälle aus Haushalten und Gärten, von öffentlichen Flächen, von Industrie und Gewerbe, Restabfälle, Abwässer und Klärschlämme). Dabei sollen unterschiedliche Prozesse für die Energiebereitstellung (zur Erzeugung von Methan, Wasserstoff und Ethanol) und deren Endnutzung in Form von Strom, Wärme und Kraftstoff untereinander und mit herkömmlichen Verfahren verglichen und auch weiterentwickelt werden. Eine effiziente Biokonversion soll fraktionsangepasst durch unterschiedliche Aufschlussmethoden (mechanisch, physikalisch, chemisch, biologisch) erreicht werden. Basierend auf einer detaillierten Inventarisierung der Bioressourcenströme, deren Beschaffenheit und deren angestrebte Verwertungsoptionen werden Erfassungs- und Transportkonzepte erarbeitet und untersucht. Zur Bewertung der einzelnen Nutzungsoptionen sollen Methoden wie beispielsweise die Ökobilanzierung, die Kosten-Nutzen-Analyse, die Bewertung von Klimaschutzpotentialen sowie die Benutzerfreundlichkeit und die kurz, mittel und langfristige Umsetzbarkeit unter Berücksichtigung von technischen und Management-Gesichtspunkten herangezogen werden.

Im Rahmen des "BERBION" Projektes wird am Lehrgebiet Bioverfahrenstechnik die biotechnologische Konversion verschiedener Abfallfraktionen untersucht. Diese können sehr inhomogen und komplex in ihrer Zusammensetzung sein, weshalb es erforderlich ist die bestmögliche Verfahrensvariante zu bestimmen. Einige der anfallenden Fraktionen sind beispielsweise Grünschnitt (Gras) und hölzerne Abfälle, welche Lignocellulose enthalten, die durch Biokonversion umgesetzt werden können. Bei anderen Fraktionen, wie Mischproben aus Biotonnen, muss noch geklärt werden ob und in welchem Umfang die darin enthaltenen Stoffe für eine biotechnologische Umsetzung geeignet sind und auf welche Weise sie genutzt werden können. Die Schwerpunkte der am Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik durchgeführten Arbeiten liegen dabei auf der enzymatischen Umsetzung der Substrate zu den korrespondierenden Zucker-Monomeren und die Fermentation dieser zu Ethanol oder anderen wertgesteigerten Produkten. Die Entwicklung dieser Verfahrensschritte steht in engem Zusammenhang mit der Untersuchung geeigneter Vorbehandlungsmethoden (z.B. Dampfdruckbehandlung hölzerner Substrate) sowie möglicher Nachbehandlungsschritte (z.B. Biogasherstellung aus Fermentationsreststoffen), welche von den Projektpartnern bearbeitet werden. Dabei ergeben sich Synergien zu anderen Projekten des Lehrgebietes (Silage-Projekt, Lignocellulose Bioraffinerie. Des Weiteren stellt das Lehrgebiet Bioverfahrenstechnik seine umfangreichen Analysemethoden den Projektpartnern zur Verfügung.

Veröffentlichungen und Tagungsbeiträge

  • S. Poth, M. Monzon, N. Tippkötter, R. Ulber; Prozessintegration von Hydrolyse und Fermentation von Cellulose-Faserstoff; Chem.-Ing.-Tech. 82 (2010) 135-139
  • K. Muffler, S. Poth, T. Sieker, N. Tippkötter, R. Ulber, D. Sell D; UpstreamProcessing | Bio-Feedstocks. In: Murray Moo-Young (ed.), Comprehensive Biotechnology, Second Edition, Volume 2 (2011) 93–101
  • S. Poth, R. Ulber; Lignocellulosic biorefinery: Process integration of hydrolysis and fermentation, Holzforschung 65 (2011) 633–637, https://doi.org/10.1515/hf.2011.114
  • R.Ulber; S.Poth, M.Monzon, N.Tippkötter; Use of enzymatic degraded pre-treated wood as fermentation broth; ZELLCHEMING Cellulose-Symposium (2009) Wiesbaden
  • R.Ulber, S.Poth, M.Monzon, N.Tippkötter; Nutzung von Cellulose als Rohstoff für die Weiße Biotechnologie; Hefetagung (2009) Berlin
  • S. Poth, A. Dernbecher, M. Monzon, N. Tippkötter, R. Ulber; Enzymatic degradation of cellulosic and hemicellulosic materials; European BioPerspectives (2008) Hannover; Book of Abstracts 244
  • S. Poth, T. Sieker, R. Ulber; Biotechnologische Umsetzung von Bioabfällen als erneuerbarer Rohstoff; DECHEMA-Jahrestagungen (2010) Aachen

 

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