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Quelle Aachener Verfahrenstechnik, RWTH Aachen
Fermenter zur Herstellung von Plattformchemikalien
13.05.2020

Aachener Verfahrenstechnik forscht für mehr Wertschöpfung und Nachhaltigkeit in Industrieprozessen

Zum Jahresbeginn sind 15 „Innovationslabore“ der Modellregion BioökonomieREVIER Rheinland gestartet, die erfolgversprechende Forschungsansätze mit sehr guten wirtschaftlichen Umsetzungsmöglichkeiten verfolgen. Sie sollen auf unterschiedlichste Weise zur Transformation des Rheinischen Reviers von einem fossilen hin zu bio-basiertem Wirtschaften beitragen.

In einer Serie möchten wir die unterschiedlichen Innovationsideen für Wirtschaft und Landwirtschaft näher beleuchten und einordnen.

Erfahren Sie heute, wie Professor Jupke und seine Kollegen aus der Verfahrenstechnik an der RWTH Aachen sich dieser Herausforderung stellen. Eine nachhaltige Bioökonomie bedeutet, dass man Wirtschaft in Kreisläufen mit weniger Abfällen begreift und möglichst versucht, erdölbasierte Stoffe durch biogene Rohstoffe zu ersetzen.

E-HyBio und UpRePP – so nennen sich zwei Projekte der Verfahrenstechniker um Prof. Dr.-Ing. Andreas Jupke von der RWTH Aachen. Hinter diesem kryptischen Titel steht die Entwicklung zweier Methoden, die helfen sollen, Industrieprozesse „grüner“ zu machen.

„UpRePP“ - Vom Reststoff zum Wertstoff aus der Bioraffinerie

Das Rheinische Revier zeichnet sich aus durch eine starke Lebensmittelindustrie und Landwirtschaft. Bei der Zucker-, Marmeladen und Schokoladenproduktion fallen tonnenweise zuckerhaltige Reste an. Diese Abfallprodukte oder Reststoffe sind ideale Rohstoffe, um daraus mit Hilfe von Mikroorgansimen Ausgangsstoffe für bio-basierte Kunststoffe, sogenannte Plattform-Chemikalien, herzustellen.

Normalerweise werden solche Grundchemikalien aus Erdöl gewonnen. Doch schon heute ist es möglich, diese in sogenannten Bioraffinerien zu produzieren. Eine Bioraffinerie stellt hierbei ein multifunktionales Gesamtkonzept dar, auf dessen Basis Biomasse als Rohstoffquelle nachhaltig in Zwischenprodukte und Produkte umgewandelt wird. Den Vorgang, einen Abfallstoff der Lebensmittelwirtschaft, also eines scheinbar nutzlosen Reststoffs, in einen Wertstoff umzuwandeln, nennt man „Upcycling“ oder „Aufwertung“. „UpRePP“ steht entsprechend für „Upcycling regionaler Reststoffströme zur Produktion von Plattformchemikalien“.

Johannes Brockkötter, Projektleiter von UpRePP erläutert: „ In diesem Projekt wird die biotechnologische Herstellung anhand eines konkreten Beispiels, der Itaconsäure, in der Bioraffinerie der Aachener Verfahrenstechnik demonstriert. Diese Säure ist eine von zwölf Plattform-Chemikalien mit besonderem biotechnologischen Herstellpotential und essentieller Baustein in der Kunststoff-Industrie.“

Aktuell werden Reststoffe zumeist als Futtermittel verwertet oder zur Energiegewinnung in Biogasanlagen genutzt – mit eher geringer Wertschöpfung. Das Upcyling eröffnet der Industrie eine lukrative zusätzliche Verwertung. Hierdurch können Arbeitsplätze gesichert und eine nachhaltige Wertschöpfung für die Region realisiert werden. „Mit UpRePP wollen wir mittelfristig eine Technologie-Plattform schaffen, die es ermöglicht, für Reststoffströme der Region innovative Prozesskonzepte für hochwertige Produkte zu entwickeln und diese techno-ökonomisch zu bewerten“, erläutert Prof. Andreas Jupke. „Einerseits werden durch die geschaffene Technologie-Plattform die regionalen Unternehmen der Landwirtschaft und der verarbeitenden Lebensmittelindustrie gestärkt. Andererseits entstehen Geschäftsmodelle für Investoren für den Bau und Betrieb von dezentralen Bioraffinerieanlagen. Somit kann ein regionaler Strukturwandel hin zu nachhaltigen Rohstoffen vorangetrieben werden“, so Jupke weiter.

„E-HyBio“ – Grüne Chemie für eine nachhaltige Industrie

Das Projekt E-HyBio steht für „Elektrohybride Trennverfahren für eine emissionsarme Bioökonomie". Hier steht die Abfallthematik beziehungsweise der Entsorgungsaufwand von chemischen Prozessen im Vordergrund.

Die Aufreinigung von mikrobiologisch hergestellten Carbonsäuren, welche zum Beispiel als Grundstoff für bio-basierte Kunststoffe genutzt werden können, ist traditionell ein ressourcenintensiver Prozess. Dieser ist daher entscheidend für die ökonomische Wettbewerbsfähigkeit des Gesamtverfahrens. Zur Aufreinigung des Produkts kommen derzeit starke Säuren und Laugen in großen Mengen zum Einsatz. Hierdurch fallen entsprechende Mengen an salzhaltigen Abwässern an, welche aufgearbeitet oder mit zusätzlichem Kostenaufwand entsorgt werden. Die Verfahrenstechniker entwickeln nun ein Verfahren, welches diese Säuren und Laugen durch elektrischen Strom ersetzt. Die Entsorgung der salzhaltigen Abwässer entfällt somit und der Bioraffinerieprozess wird insgesamt noch umweltfreundlicher.

„Durch die Entwicklung und den Aufbau einer Demonstrationsanlage schafft E-HyBio eine Plattform für die elektro-chemischen Trenntechnologien. Diese besitzen das Potenzial, zu einer Schlüsseltechnologie für den nachhaltigen Strukturwandel im BioökonomieREVIER zu werden“, so Jupke.

Projektleiter Christian Kocks ergänzt: „Wir können zu einer De-Karbonisierung der chemischen Industrie im Rheinischen Revier beitragen, indem wir durch den Einsatz dieser Technologie-Plattform Abfallströme eliminieren und biotechnologische Prozesse wettbewerbsfähiger machen gegenüber konventionellen petrochemischen Produktionsruten.“

 

 Elektrohybride Trenntechnik

Elektrohybride Trenntechnik

(Quelle: Aachener Verfahrenstechnik RWTH Aachen)

„Innovationslabore“: Keimzellen für bio-basiertes Wirtschaften im Rheinischen Revier

Ein wichtiges Element der Modellregion BioökonomieREVIER Rheinland sind 15 sogenannte „Innovationslabore“. Hierbei handelt es sich um wissenschaftlich-experimentelle Ansätze mit großem Marktpotenzial. Es geht darum, einen schnellen Transfer neuer Verfahren in die praktische Umsetzung in der Wirtschaft und Landwirtschaft zu bringen.

Aus den Erkenntnissen sollen schnell Wertschöpfung und neue, neuartige Arbeitsplätze entstehen - basierend auf den Prinzipien der Nachhaltigkeit. Es geht hier also nicht „nur“ allein um wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn, sondern darum, exemplarisch zu darzustellen, dass eine engere Verzahnung und Wissenstransfer von der Forschung in Wirtschaft und Landwirtschaft zu mehr Wertschöpfung und Nachhaltigkeit führen können.

Das Rheinische Revier soll nach dem Ende der fossilen Energieträger für die Menschen dauerhaft zukunftsfähig und attraktiv sein.

Im interdisziplinären Forschungs-Konsortium der „Innovationslabore“ von BioökonomieREVIER engagieren sich regionaleUniversitäten und Forschungseinrichtungen für die Modellregion BioökonomieREVIER Rheinland. Mit Instituten der RWTH und Fachhochschule Aachen, des Forschungszentrums Jülich, der Fraunhofer Gesellschaft sind sowohl die angewandte wie die Grundlagenforschung vertreten und weitere Firmen aus dem Rheinischen Revier wie SenseUp Biotechnology GmbH und YNCORIS GmbH & Co. KG.

Die „Innovationslabore“ werden im Rahmen des Sofortprogramms „Strukturwandel“ vom Bundesforschungsministerium BMBF gefördert.

 

Mehr zu den Innovationslaboren UpRePP und E-HyBio und zur Gesamtübersicht aller Innovationslabore der Modellregion BioökonomieREVIER

Weitere Informationen über die Verfahrenstechnik an der RWTH Aachen

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