Zusammenarbeit zwischen KIT und AVA Biochem Neues Verfahren nutzt Biomasse zur Herstellung von Hydroxymethylfurfural

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Ein Durchbruch bei der Nutzung erneuerbarer Rohstoffe in der chemischen Produktion ist nun dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Industriepartner AVA Biochem gelungen: Im Januar dieses Jahres hat eine Industrieanlage der AVA Biochem im schweizerischen Muttenz die Produktion zur Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfural aufgenommen. Das KIT hat dafür ein hydrothermales Verfahren entwickelt, um die organische Verbindung aus Biomasse zu gewinnen.

Firmen zum Thema

In dieser Anlage entsteht 5-Hydroxymethylfurfural aus Biomasse. Die Verbindung kann als Ausgangsstoff für viele Materialien fungieren.
In dieser Anlage entsteht 5-Hydroxymethylfurfural aus Biomasse. Die Verbindung kann als Ausgangsstoff für viele Materialien fungieren.
(Bild: Ava Biochem)

Muttenz/Schweiz – Eine Schlüsselrolle beim Wandel von der erdölbasierten Chemie zu einer Chemie auf der Grundlage von Biomasse spielt die Plattformchemikalie 5-Hydroxymethylfurfural, kurz 5-HMF, die als Ausgangsstoff für Kunststoffe oder Stoffe für Beschichtungen, Farben und Lacke dient. 5-HMF ist eine organische Verbindung, die sich bei der thermischen Zersetzung von Kohlehydraten bildet. So lässt sich 5-HMF in vielen Lebensmitteln nachweisen, die einer Hitzebehandlung unterzogen wurden, wie Milch, Fruchtsaft, Honig oder Kaffee.

5-HMF lässt sich aus pflanzlicher Biomasse gewinnen und kann in der chemischen Industrie künftig als Ausgangsstoff für verschiedene Materialien fungieren, vor allem für Polymere mit spezifischen Eigenschaften. Nach Einschätzung des U.S. Department of Energy ist 5-HMF eine der zehn wichtigten Plattformchemikalien. Allerdings stellt es eine Herausforderung dar, 5-Hydroxymethylfurfural in industriellem Maßstab herzustellen.

Bildergalerie

Dem KIT und dem Schweizer Unternehmen AVA Biochem BSL ist nun ein wichtiger wissenschaftlich-technischer Durchbruch gelungen: Im Januar dieses Jahres hat die von AVA Biochem in Muttenz bei Basel betriebene Anlage „Biochem-1“ den kommerziellen Betrieb zur industriellen Produktion von 5-HMF aufgenommen. KIT-Forscher entwickelten das entsprechende Verfahren.

Verfahren in 18 Monaten entwickelt

„Die hydrothermalen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass sie sehr gut in unterschiedliche Prozessketten eingebaut werden können, für die Biomasse als Rohstoff genutzt wird“, erklärt Prof. Jörg Sauer, Leiter des KIT-Instituts für Katalyseforschung und -technologie (IKFT). „Zum einen dient als Rohstoff Biomasse mit einen hohen Wasseranteil, die zum Beispiel als Nebenprodukt der Lebensmittelproduktion anfällt. Zum anderen sind diese Verfahren gut mit biotechnologischen Verfahren kombinierbar.“

Die KIT-Wissenschaftler entwickelten innerhalb von 18 Monaten im Labor eine industriell umsetzbare Technologie zur Gewinnung von 5-Hydroxymethylfurfural. Als Grundlage diente die hydrothermale Karbonisierung, ein Verfahren, in dem Biomasse in einem geschlossenen System in wässriger Suspension bei hohen Temperaturen und erhöhtem Druck in Biokohle umgewandelt wird. Anders als bei der hydrothermalen Karbonisierung wird bei dem neuen Verfahren jedoch die Bildung eines Feststoffs verhindert; die Bruchstücke aus der Biomasse werden zu chemischen Bausteinen, beispielsweise für die Herstellung von Kunststoffen, umgewandelt.

Enge Zusammenarbeit zwischen Forschern und Ingenieuren

Parallel zu den Laborversuchen starteten die KIT-Forscher zusammen mit den Ingenieuren der AVA Biochem frühzeitig Arbeiten für die Maßstabsübertragung in die Produktion. Das KIT hatte bereits seit 2010 den Prozess der hydrothermalen Karbonisierung zusammen mit der AVA-CO2, der Muttergesellschaft der AVA Biochem, erforscht und in die industrielle Anwendung gebracht. Dies kam auch der Entwicklung des neuen Verfahrens zugute. „Diese enge Zusammenarbeit zwischen Forschern und Anlagen-Ingenieuren hat eine schnelle Industrialisierung ermöglicht“, resümiert Jan Vyskocil, CEO der AVA Biochem.

Parallel zur laufenden Produktion optimieren die Teams von KIT und AVA Biochem nun das Verfahren und bereiten es für weitere Einsatzgebiete vor. Das Verfahren wurde zu einem gemeinsamen Patent angemeldet.

(ID:42512840)