Biobasierte Chemikalien sind ein wesentlicher Baustein für eine zukünftige Bioökonomie, in der angesichts wachsender Plastikmüllberge, Umweltschäden und Klimawandel regenerative die bisher üblichen fossilen Rohstoffe zunehmend ersetzen sollen.

Biobasierte Chemikalien wie Milchsäure oder Bernsteinsäure sind Grundstoffe für die Herstellung verschiedener Produktgruppen wie Kosmetika, Farben oder Lösungsmittel. Hohes Wertschöpfungspotenzial hat die Weiterverarbeitung zu biobasierten Kunststoffen. Polymilchsäure (PLA) ist ein vielseitig einsetzbarer biobasierter Kunststoff, der sich zur Produktion von z.B. Lebensmittelverpackungen, Mulchfolien oder Textilfasern eignet und in bestimmten Umgebungen biologisch abbaubar ist. Ein Mischen von PLA mit Naturfasern wie Hanf, Lein oder Nessel erweitert das Anwendungsspektrum zusätzlich.

Dezentrale Bioraffineriekonzepte zur Nutzung von Reststoffströmen

Ziel unserer Forschung ist es, Technologien und Bioraffineriekonzepte zur effektiven biotechnologischen Konversion von kohlenstoffhaltigen Reststoffen zu biobasierten Chemikalien zu entwickeln bzw. bestehende Verfahren zu optimieren. Im Fokus stehen Bioraffineriekonzepte für dezentrale und kleintonnagige Anlagen, die auf die Verwertung saisonal wechselnder Einsatzstoffe eingestellt sind.

Aus Abfall Wertstoffe gewinnen

Eine zentrale Forschungsaufgabe ist es daher, verschiedene Reststoffe, die regional bis global in der Agrarwirtschaft und Lebensmittelindustrie in großen Mengen anfallen, auf ihr Potential zur stofflichen Nutzung im biotechnologischen Verfahren zu untersuchen – von Zuckerrohrabfällen über Reiskleie bis hin organischen Fraktionen aus der Reststofftonne oder Baumwollfasern in Textilabfällen.  

Den Prozess optimieren

Neben einer Erweiterung des Roh- bzw. Reststoffspektrums steht die Optimierung der einzelnen Prozessschritte in unserem Forschungsfokus – im Scale up vom Batchverfahren im Labormaßstab bis hin zum industrienahen  kontinuierlichen Verfahren in der ATB-eigenen Pilotanlage.

Erster Verfahrensschritt ist der Biomasseaufschluss. Für die Fermentation mit Hilfe von Mikroorganismen müssen die in der Biomasse gebundenen Zucker in Lösung gebracht werden. Je nach Art des Ausgangsstoffes sind mehrere Aufbereitungsprozesse zu durchlaufen – physikalisch,  chemisch, enzymatisch. Lignocellulose-haltige Reststoffe wie Stroh oder Holz stellen dabei eine besondere Herausforderung dar.

Mikroorganismen – Schlüssel zur Produktvielfalt

Im Fermenter, dem Herzstück der biotechnologischen Anlage, verstoffwechseln hochspezialisierte Mikroorganismen Zucker zu Endprodukten wie Milchsäure. Welche Mikroorganismen meistern die biotechnologische Stoffwandlung am effizientesten? Das ATB kann hier auf eine eigene Sammlung von Bakterienstämmen (u.a. Lactobacillus und Bacillus coagulans) zurückgreifen, die im Ergebnis der Forschung laufend erweitert wird. Die Vielfalt der Mikroorganismen macht es möglich, passgenau biobasierte Chemikalien für neuartige Anwendungen zu produzieren, die den spezifischen Anforderungen bei der Weiterverarbeitung durch die chemische Industrie entsprechen.

Reinigen und konzentrieren

Nach der Fermentation müssen die biobasierten Chemikalien im Downstreaming aus der Fermentationslösung abgetrennt, gereinigt und konzentriert werden. Wir setzen hierfür Membran- oder elektrophysikalische Technologien ein und entwickeln das Verfahren weiter, um vielstufige Aufarbeitungsprozesse zu vereinfachen.