Integrierte Bioraffinerien weisen den Weg

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Das Konzept „Lignocellulose-Ethanol“ beruht auf der Erschließung des Hemicellulose- und Celluloseanteils der Pflanzen als Zuckerquelle zur fermentativen Gewinnung von Ethanol. Der Lignin-Anteil bleibt dabei für die Biokraftstoffproduktion ungenutzt. Derzeit gibt es zwei wesentliche Entwicklungslinien:

Bei der heutigen Zellstoffproduktion geht ein Teil der Hemicellulosen in Lösung. Diese können im Verlauf des Prozesses aus dem sogenannten „Black Liquor“, der außerdem noch Lignin enthält, extrahiert werden. Nach der Hydrolyse können die gewonnenen Hexosen und Pentosen fermentiert werden; allerdings benötigt man dafür teilweise modifizierte Mikroorganismen oder Hefen, da vor allem letztere normalerweise nicht in der Lage sind, Pentosen aufzunehmen und zu metabolisieren.

In der zweiten Variante wird die gesamte Lignocellulose-Biomasse aufgeschlossen und die Cellulose sowie die Hemicellulosen werden hydrolysiert. Man nutzt dafür mineralische Säuren und greift auf Erfahrungen aus der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts zurück, als besonders auf Basis von Forschungsarbeiten in Deutschland in industriellem Maßstab Holz „verzuckert“ wurde, um Ethanol und Futterhefe zu produzieren. Probleme bestehen in der Korrosion der Anlagen und der säurekatalysierten Weiterreaktion der gebildeten Zucker zu unerwünschten Produkten, die die anschließende Fermentation behindern können. Außerdem sind die Abwässer stark belastet, denn bei der Neutralisation der Säuren entstehen hohe Salzfrachten. Die alternative Recyclierung von konzentrierten Säuren ist demgegenüber sehr energieaufwändig.

Viele Hoffnungen ruhen auch auf der Entwicklung enzymatischer Verfahren zur Verzuckerung der Cellulose-Anteile. Weltweit sind alle namhaften Enzymhersteller auf diesem Gebiet aktiv. In vielen Fällen kommt es auch zu Kooperationen mit dem Ziel, nicht nur die erforderlichen Enzyme zu liefern, sondern gleich die kompletten Anlagen zur Verzuckerung von Zellulose anbieten zu können: So arbeiten beispielsweise DuPont und Danisco zusammen, um integrierte Lösungen zur Herstellung von Ethanol aus Biomasse zu entwickeln. In Deutschland haben sich die Südchemie und Linde zusammengetan, um gemeinsam Anlagen zur Herstellung von „Cellulose-Ethanol“ zu realisieren.

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