Zero-Waste und Energieautarkie Intelligente Bioraffinerien: Neues Konzept für die nachhaltige Bioökonomie

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Wie kann eine Wirtschaft ohne fossile Rohstoffe funktionieren? Die Bioökonomie könnte die Antwort sein, bringt aber große Herausforderungen mit sich. Forschende des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie skizzieren in einem Konzeptpapier, wie eine nachhaltige, zirkuläre Bioökonomie aussehen könnte.

Biomasse, also gewachsene, biologische Rohstoffe, sind ein großer Schatz. Wir essen, verfüttern, verheizen oder verbauen sie. Was übrig bleibt wird herkömmlicherweise kompostiert, deponiert oder verbrannt. Dabei schlummert in jedem ungenutzten Rest immer noch Potenzial. Ein Weg, um dieses Potenzial zu nutzen, sind intelligente, integrierte Bioraffinerien. Anders als die gängigen Bioraffinerien, in denen beispielsweise Chemiekonzerne aus einem speziellen biologischen Ausgangsstoff eine spezielle Biochemikalie gewinnen, kombinieren sie mehrere Umwandlungsverfahren.

Dr. Nader Marzban ist Forscher am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) und Erstautor der Konzeptarbeit „Smart Integrated Biorefineries in Bioeconomy: A Concept Toward Zero-Waste, Emission Reduction, and Self-Sufficient Energy Production“.

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Er erklärt, dass es viele Umwandlungstechnologien gibt, die aus Biomasse Wertstoffe generieren. Dazu zählen unter anderem die anaerobe Vergärung, Fermentation, Pyrolyse, Karbonisierung und Humifizierung. Diese Prozesse haben jeweils einstellbare Parameter und können auf vielfältige Weise kombiniert werden. Anstatt sich auf eine einzige Biomasseart zu verlassen, arbeiten die Forschenden des ATB mit 90 verschiedenen Rohstoffen, die regional und saisonal variieren. Durch die Festlegung von Schlüsselzielen und einstellbaren Parametern für jeden Prozess ergeben sich Millionen potenzieller Szenarien.

Dr. Marzban gibt zu bedenken: „All diese Szenarien experimentell zu untersuchen, wäre extrem kostspielig und zeitintensiv. Dabei ist Zeit ein Luxus, den wir nicht haben. Unsere Wirtschaft ist nach wie vor stark von fossilen Rohstoffen abhängig. Die negativen Auswirkungen sehen wir bereits. Deshalb setzen wir auf KI-gesteuerte Simulationen, um die die effizientesten Ansätze zu identifizieren. Als Prozesswissenschaftler gehen wir dabei Schritt für Schritt vor und optimieren zunächst Teilsysteme, die wir nach und nach in Verbindung setzen, um sie zu einem großen Ganzen zu kombinieren.“

Der integrierte Ansatz könnte es ermöglichen, eine tatsächlich nachhaltige Bioökonomie zu schaffen, die Abfall nicht kennt und innerhalb der planetaren Grenzen bleibt. Er erhöht die Rentabilität und Konkurrenzfähigkeit, was angesichts der niedrigeren Kosten von fossilen Produkten dringend nötig ist.

Mit dem Konzeptpapier ist das ATB-Team gemeinsam mit Partnern aus der Universität Potsdam und der Technischen Universität Berlin den ersten Schritt gegangen. Nun sollen Validierung und Umsetzung folgen.

Originalpublikation: Marzban N., Psarianos M., Herrmann C., Schulz-Nielsen L., Olszewska-Widdrat A., Arefi A., Pecenka R., Grundmann P., Schlüter O.K., Hoffmann T., Rotter V.S., Nikoloski Z., Sturm B. Smart integrated biorefineries in bioeconomy: A concept toward zero-waste, emission reduction, and self-sufficient energy production. Biofuel Research Journal 45 (2025) 2319-2349. DOI: 10.18331/BRJ2025.12.1.4

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