Biomasse stellt die Anlagenbauer vor neue technische Herausforderungen

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...befinden sich überwiegend im frühen Entwicklungsstadium. Dementsprechend ist die Zahl der Bioraffinerien in Deutschland und in Europa noch gering. Die meisten der Anlagen sind Demonstrations- oder Pilotanlangen, kommerzielle Bioraffinerien sind eher die Ausnahme. In Deutschland gibt es (Stand: 2010) sieben Bioraffinerie-Anlagen. In ganz Europa sind es 121 Anlagen. Die USA nehmen hinsichtlich des Baus, dem Betrieb und der Förderung von Bioraffinerien eine führende Rolle ein. Alleine im sogenannten 'Biomass Program' des US-amerikanischen Energieministeriums werden 29 Bioraffinerien gefördert.

Eine Herausforderung für die Einführung von Bioraffinerien in Deutschland ist die Frage nach den künftigen Betreibern der Anlagen. Vertreter der chemischen Industrie als potenzielle Betreiber sind hier zurückhaltend. Demnach kämen als Standortbetreiber eher Chemieparks und Agro-Unternehmen in Frage.

Inwieweit Biomasse und ihre möglichst vollständige Nutzung in Bioraffinerien traditionelle erdölbasierte Herstellungsweisen ablösen wird, analysiert die Studie 'Biomasse - Rohstoff der Zukunft für die chemische Industrie' des VDI Technologiezentrums. Sie untersucht biobasierte Herstellungsverfahren bei 26 Vorläufersubstanzen, den sogenannten Plattformchemikalien. Bei elf dieser Plattformchemikalien ist eine starke Entwicklungsdynamik zu biobasierter Produktion zu verzeichnen. So werden beispielsweise die Produktionskapazitäten für Bernsteinsäure und der ausschließlich aus Biomasse hergestellten Polymilchsäure (PLA) weltweit ausgebaut.

Weit verbreitet ist die biotechnologische Umsetzung von Biomasse mittels Biotransformation in lebenden Zellen oder der Biokatalyse mit isolierten Enzymen oder Enzymsystemen in der weißen Biotechnologie. Bei der Biotransformation kommen verschiedenste Mikroorganismen zum Einsatz, die gängigsten sind Hefe, Escherichia coli und Corynebacterium glutamicum. Als Präkursoren dienen meist verschiedene Hexosen (C6-Zucker) wie Glucose oder Fructose, die zum Beispiel durch hydrolytische Vorbehandlung aus der Biomasse herausgelöst werden. Lignocellulose erfordert allerdings eine andere Vorbehandlung, um das nicht fermentierbare Lignin vom Zucker abzuspalten. Derzeit wird die Lignocellulose-haltige Biomasse daher mechanisch und chemisch zum Beispiel mit Säuren, Phenolderivaten, heißem Dampf und auch zunehmend hydrolytisch-katalytisch mit Cellulasen vorbehandelt. Die aus der Lignocellulose freigesetzten Hemicellulosen enthalten einen hohen Anteil an Pentosen (C5-Zuckern), wie Xylose, für deren Abbau besondere Mikroorganismen benötigt werden.

Technische Herausforderungen und Lösungen

Damit biobasierte Produktionsverfahren auch im großindustriellen Maßstab kostengünstig und kompetitiv umgesetzt werden können, sind allerdings noch zahlreiche technologische Herausforderungen zu meistern.

Beispielsweise ergeben sich bereits beim Handling von Biomasse quasi aus der Natur der Dinge besondere Anforderungen:

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