Gras statt Öl

Stoffwechsel: Aus Gras oder Stroh werden in Zukunft zum Beispiel biologisch abbaubare Plastikbecher.

Die Rohstoffe der Zukunft kommen aus Bioraffinerien. Sie vereinen die stoffliche und energetische Nutzung von Biomasse auf hoch effiziente Weise. Was von der Technologie für das Post-Erdölzeitalter zu erwarten ist.

Text: Martin Bensmann und Dierk Jensen, Foto:

Es war also doch keine Eintagsfliege: Mitte Februar knackten die Notierungen für einen Barrel (159 Liter) Rohöl erneut die 100-Dollar-Marke. Prognosen von Experten sehen die Preise in fünf bis zehn Jahren gar in einer Höhe von 150 bis 200 Dollar pro Barrel. Eine Preisentwicklung, die erhebliche Konsequenzen für die weltweite Wirtschaftskonjunktur haben wird. Je früher Eröl ersetzt werden kann, umso besser.

Die Lage in Deutschland sieht so aus: 2006 sind rund 113 Millionen Tonnen Erdöl verbraucht worden. Knapp 53 Millionen Tonnen haben allein Diesel- und Benzinfahrzeuge in ihren Motoren verbrannt. Auf schweres und leichtes Heizöl entfallen etwa 33 Millionen Tonnen, gut zehn Prozent auf stoffliche Chemieprodukte. Womit nun diese Mengen ersetzen?

Biomasse wäre eine Alternative. Doch sie wird fälschlicherweise oft nur als potenzielle Energiequelle betrachtet. Dabei ist der Einsatz von Biomasse als Kraftstoff, mit einem Wirkungsgrad von rund 30 Prozent, wenig effizient. Im Wärmebereich erzielt das Material mit 95 Prozent Wirkungsgrad immerhin eine deutlich höhere Ausbeute. Alternative Materialquellen zu erschließen wäre vor allem für den Industriestandort Deutschland essenziell. In der organischen Chemie werden derzeit etwa 88 Prozent der Rohstoffe auf Basis von Erdöl hergestellt. Die deutsche Chemieindustrie verarbeitet heute gerade einmal zwei Millionen Tonnen Biomasse pro Jahr; das entspricht zehn Prozent ihres Rohstoffbedarfs. Hier liegen die künftigen Herausforderungen.

 

Chemie und Energie im Duett

Proteine aus Gras, Kunststoffe aus Stärke, natürliche Milch- und Aminosäuren für den Food- und Nonfoodbereich finden sich schon heute in Produkten des alltäglichen Lebens: Es gibt biologisch abbaubare Verpackungsmaterialien, Müllbeutel oder Einweggeschirr. Das ist ein erster Schritt. Biomasse ist aber nicht unbegrenzt verfügbar. Wachsende energetische und stoffliche Nutzungsansprüche und die Konkurrenz zur Nahrungsproduktion zwingen zur Effizienzsteigerung. Wie sieht die optimale Nutzung natürlicher Ressourcen aus? Die Lösung könnten Bioraffinerien sein. Sie verarbeiten die jeweiligen biologischen Rohstoffe in eine Vielzahl wertvoller Produkte (siehe unten). So entstehen aus Kohlenhydraten und Pflanzenölen Seife, Kosmetika sowie Wasch- und Reinigungsmittel. In die Nahrungskette fließen Öle, Stärke und Süßstoffe zurück, für die Mobilität werden Kraftstoffe produziert und für die chemische Industrie wichtige Grundstoffe wie Milch- oder Essigsäure (siehe unten). Durch die Kombination mit einer Biogas- oder Pyrolyseanlage werden verbleibende Reststoffe energetisch genutzt oder in einen neuen Energieträger überführt. Die Biomasse ist also gleichzeitig sowohl Rohstofflieferant als auch Energieträger.

Das Grundprinzip einer Bioraffinerie ist ein alter Hut. Kartoffelstärke- und Zuckerfabriken, Biodiesel- und Bioethanolanlagen sind letztlich nichts anderes. Deren Koppelprodukte wie Schlempe oder Glycerin werden industriell weiter genutzt. Einige kombinieren ihre Produktionsstätten bereits mit Biogasanlagen, wie die Kartoffelstärkefabrik der Emsland-Stärke GmbH im niedersächsischen Wietzendorf. Dort werden Fruchtwasser und Kartoffelpülpe in die Fermenter gegeben. Auch Verbio will am Standort Zörbig hinter der Bioethanolprozesskette eine Biogasanlage installieren.

Bei den existierenden Anlagen geht es allerdings darum, primär ein Produkt – nämlich Biokraftstoffe – auszustoßen. Alle anderen Stoffe gelten, wie der Name „Koppelprodukt“ verrät, eher als Zusatz. Im Bioraffinerie-Konzept liegt der Unterschied darin, den Rohstoff so optimal wie möglich und in so viele Produkte wie möglich umzuwandeln. Dabei steht die stoffliche vor der energetischen Nutzung.

 

Milchsäure aus Getreide

Weltweit forscht eine Vielzahl von Wissenschaftlern an unterschiedlichsten Verfahren (siehe Seiten 69 und 108). In Deutschland befinden sich erste Pilotanlagen in Betrieb beziehungsweise in der Planungsphase. Eine Demoanlage steht zum Beispiel auf dem Gelände des Leibniz-Instituts für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB). Sie hat eine Jahreskapazität von zehn Tonnen Milchsäure. „Seit eineinhalb Jahren produzieren wir aus Roggen Milchsäure, die wir anschließend an Verarbeiter verkaufen“, erklärt Joachim Venus, Abteilung Bioverfahrenstechnik am ATB. „Aus einer Tonne Roggen gewinnen wir rund 100 Liter hochreine Milchsäure.“ Zudem wandern Produktproben für spezielle Anforderungen verschiedenster Abnehmer aus dem Versuchsreaktor.

Reststoffe, die nicht für die Milchsäureproduktion verwendet werden können, lassen sich aufgrund ihrer Protein- und Mineralgehalte als Tierfutter nutzen. Neben der Wertstoffproduktion erfasst die Pilotanlage Daten für die Maßstabsübertragung auf eine Großanlage. Außerdem geht es den Wissenschaftlern darum, Modelllösungen für die Integration in nachhaltige Gesamtkonzepte zur stofflichen und energetischen Nutzung von landwirtschaftlichen Rohstoffen zu erarbeiten. Die Kosten der Potsdamer Pilotanlage betrugen 3,2 Millionen Euro. Davon stammen 2,4 Millionen Euro aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE); von der verbleibenden Summe haben Bund und Land jeweils 12,5 Prozent übernommen.

Für das Kernprodukt der Potsdamer gibt es einen wachsenden Bedarf: Die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) in Gülzow schätzt das künftige Marktvolumen für reine Milchsäure europaweit auf etwa 100.000 Tonnen jährlich. Dazu bräuchte die Industrie rund 40.000 Hektar Weizen, was 0,3 Prozent der deutschen Ackerfläche entspricht. Zum Vergleich: 2006 betrug die deutsche Weizenanbaufläche zirka 3,1 Millionen Hektar.

 

Glycerin und Biogas kombinieren

Geld aus Brüssel bekommt auch die Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH). Sie ist seit Jahresbeginn Koordinator eines neuen, auf drei Jahre angelegten EU-Projektes zur nachhaltigen Produktion von neuen Werkstoffen aus Glycerin, ohne Reststoffe und bei möglichst niedrigem Energieeinsatz. Zwei Millionen Euro macht die EU aus dem siebten EU-Forschungsrahmenprogramm, Bereich Energie, dafür locker.

Glycerin fällt zum Beispiel bei der Herstellung von Biodiesel aus Rapsöl als sogenanntes Koppelprodukt mit einem Anteil von etwa zehn Prozent an. Bezogen auf die deutsche Biodiesel-Produktionsmenge des vergangenen Jahres müssten rund 300.000 Tonnen Glycerin aus den Fabriken geflossen sein. Diese Menge hat zum Teil die Chemie- und Pharmaindustrie verarbeitet. Aber auch Biogasanlagen haben Glycerin entdeckt und zur Stromproduktion vergärt.

Aus Glycerin lässt sich das sogenannte 1,3 Propandiol gewinnen, das besonders zu Herstellung von Autolacken, Teppichen und Textilien geeignet ist. Weil sich aber immer nur ein Teil des Glycerins in 1,3 Propandiol umwandeln lässt und der Prozess derzeit viel Wasser und Energie erfordert, sucht An-Ping Zeng, Leiter der internationalen Forschergruppe, nach effizienteren und nachhaltigeren Verfahren. Im Idealfall wird es künftig keine Reststoffe mehr geben, wenn zusätzlich Energie in Form von Biogas und gleichzeitig Düngemittel gewonnen werden. Zeng will dazu im Bioreaktor im Labormaßstab eine mikrobielle Gemeinschaft nutzen. Das heißt: Zwei oder mehrere sich von Natur aus meidende Bakterien, wie zum Beispiel Clostridien und Methanosarcina, werden zusammengebracht.

 

Hoffnungsträger Wiesengras

Eine Pilotanlage ganz anderer Art soll demnächst in Selbelang im Havelland neben einem bestehenden Grüngut-Trockenwerk und einer Biogasanlage entstehen. Es handelt sich um eine sogenannte „Grüne Bioraffinerie“. Sie nutzt Aufwüchse von Dauergrünland, Stilllegungs- und Naturschutzflächen oder Feldfrüchte wie Luzerne, Klee sowie unreifes Getreide. Analog einer Erdölraffinerie soll der in großer Menge verfügbare und nachhaltig in der Landwirtschaft produzierbare Rohstoff in einer einzigen Verarbeitungsanlage möglichst vollständig und ohne Anfall von Abfällen in eine Vielzahl verkaufbarer Produktgruppen weiterverarbeitet werden.

„Wir warten zurzeit auf die Finanzierungszusage“, berichtet Professor Birgit Kamm vom Kompetenzzentrum Bioraffinerie am Forschungsstandort Teltow-Seehof nahe Berlin. 8.000 Tonnen grüne Biomasse soll die Anlage zu Beginn jährlich verspeisen. „Das bestehende Trocknungswerk liefert die abgepressten Pflanzensäfte aus denen in der Bioraffinerie Proteine sowie Milch- und Aminosäuren extrahiert werden. Die hochwertigen Proteine lassen sich beispielsweise für Kosmetikartikel oder Nahrungsergänzungsmittel nutzen“, skizziert Kamm das Projekt.

Der abgepresste Biomasserest soll in der ersten Ausbaustufe der Raffinerie weiter als Futtermittel dienen. Später wollen die Bio-Chemiker ihn zu einem Nutzstoff, zum Beispiel Dämmmaterial, weiterverarbeiten. In der Biogasanlage könnte er Biomethan liefern, das wiederum Prozessenergie bereitstellen könnte.

An den verfügbaren Materialien dürften solche Konzepte nicht scheitern: Deutschland hat rund fünf Millionen Hektar Grünlandflächen. Da immer weniger für die heimische Milchproduktion und Rinderzucht benötigt wird, stehen mittelfristig nach Angabe der FNR etwa eine Million Hektar für die stofflich-energetische Nutzung zur Verfügung. In welchem Umfang diese Fläche für die eine oder andere Nutzungsrichtung beziehungsweise in Kombination beansprucht wird, ist heute offen.

Grüne Bioraffinerien sind nicht nur in Ostdeutschland ein Thema. Auch im nordwestdeutschen Raum, wo Grünlandflächen landwirtschaftlich nicht mehr genutzt werden, beschäftigen sich Agrarvertreter mit alternativen Verwertungsmöglichkeiten. „Wir entwerfen derzeit ein Projekt, in dem wir beste praktische Beispiele zeigen wollen. Landwirte, die bereits eine Biogasanlage betreiben, wollen mit kleinen Raffinerien starten“, beschreibt Reent Martens, Projektmanager vom Niedersachsen Netzwerk Nachwachsende Rohstoffe 3N im emsländischen Werlte, den Stand der Entwicklung. Das Projekt werde international angelegt. Mit im Boot seien die Niederlande, Belgien, Schweden und Großbritannien. In den Niederlanden werde an der Universität Wageningen intensiv in Richtung biochemische Biomassenutzung geforscht. Interessanter Rohstoff in Holland seien zum Beispiel Blumenzwiebeln, die nach der Schnittblumenernte im Boden verbleiben. „Die fallen in riesigen Mengen an und lassen sich derzeit wegen ihrer scharfen Inhaltsstoffe nicht direkt in Biogasanlagen nutzen. Sie würden den biologischen Prozess hemmen“, schildert Martens. Aber die scharfen Inhaltsstoffe könnten für die pharmazeutische Industrie interessant sein. Bislang bleiben die Zwiebeln ungenutzt auf dem Feld und verrotteten.

 

Erstes Pilotprojekt in Österreich

Bereits einen Schritt weiter als Deutschland sind Initiatoren eines Projektes in Oberösterreich. Im Ort Utzenaich ist in diesem Monat der erste Spatenstich für eine grüne Bioraffinerie neben der bestehenden 500-Kilowatt-Biogasanlage der Ökoenergie Utzenaich GmbH geplant. Im Herbst soll sie an den Start gehen. „Das ist ein Gemeinschaftsprojekt des Landes Oberösterreich, des Bundes, der Energie AG, Linz AG, Rohölauffindungsgesellschaft und der Oberösterreichischen Ferngas AG“, berichtet Stefan Kromus, Geschäftsführer von Biorefinery Systems. Das Investitionsvolumen beläuft sich auf drei bis dreieinhalb Millionen Euro.

Sein Unternehmen hat zusammen mit Joanneum Research aus Graz die Technologie für die Demonstrationsanlage entwickelt. Die beiden arbeiten seit sieben Jahren im Rahmen des österreichischen Forschungsprogramms „Fabrik der Zukunft“ an der Entwicklung der Prozesse. Eine Besonderheit: Die Raffinerie soll kontinuierlich, ganzjährig laufen. Dabei wird nicht nur frisches Wiesengras, wie in Ostdeutschland geplant, verarbeitet, sondern auch eingelagerte Grassilage.

Nach ersten Expertenschätzungen stehen in Österreich – abhängig von der künftigen Milchproduktion – zwischen 250.000 und 500.000 Hektar Grünland bereit. Derzeit importiert Österreich etwa 770 Tonnen Milchsäure pro Jahr. Das geschätzte Marktpotenzial liegt bei rund 15.000 Tonnen jährlich. Die Pilotanlage kann laut Kromus stündlich fünf Tonnen Grünmasse für den Prozess bereitstellen. Pro Stunde erzeugt sie ein Kilogramm Milch- oder Aminosäure.

Die Biogasanlage vor Ort nimmt den Presskuchen auf und liefert die nötige Prozessenergie. Der Energieertrag des Presskuchens ist vergleichbar mit dem von Grassilage. Da die Biogasanlage jährlich über vier Millionen Kilowattstunden thermische Energie liefert, bleibt neben dem Eigenbedarf und der Versorgung der Pilotanlage noch jede Menge Wärme übrig. Diese nutzen die Betreiber zum Trocknen von Getreide, Mais und Holzhackschnitzeln.

Die komplette Abwärmenutzung ist in Österreich Vorschrift. Mit einem Teil der Restwärme trocknen die Biogasproduzenten deshalb den vom Gärrest abgepressten Feststoff mit einem Bandtrockner. Der getrocknete Feststoff lässt sich so unter anderem als Brennstoff verwenden. Es ließe sich daraus auch Synthesegas zur Biokraftstoffgewinnung herstellen. Als Verfahren würde sich die nach den deutschen Erfindern Franz Fischer und Hans Tropsch benannte Fischer-Tropsch-Synthese anbieten (neue energie 3/2005). Firmen wie Choren arbeiten seit längerem an der Verfeinerung dieser Technologie, um Kraftstoffe aus fester Biomasse zu gewinnen. Es dürften aber einige Jahre ins Land gehen, bevor die sogenannte zweite Biokraftstoffgeneration Fahrt aufnimmt. Falls bestimmte Verfahren nicht aus Kosten- und Effizienzgründen ohnehin wieder fallen gelassen werden.

Denn Choren & Co. bekommen Konkurrenz von Unternehmen, die sich nicht der Chemie, sondern der Mikrobiologie bedienen. Die Rede ist vom enzymatischen Aufschluss von Lignozellulose, also den faserigen, holzigen Bestandteilen von Pflanzen. „Wenn Autos mit Stroh und Ästen fahren“, titelte unlängst die Frankfurter Allgemeine Zeitung und beschrieb den Ansatz von Professor Eckhard Boles, der Zellulose mit Hilfe von gentechnisch veränderten Hefestämmen zu Alkohol umwandelt.

 

Hefe knackt Zellulose auf

Dem Biowissenschaftler und seinem Team am Institut für Molekulare Biowissenschaften der Uni Frankfurt ist es mit komplexen gentechnischen Eingriffen gelungen, einen Hefetyp zu schaffen, der in der Lage ist, Glukose, Xylose und Arabinose – und damit die meisten der in Pflanzenabfällen vorhandenen langkettigen Zucker – zu Ethanol zu vergären (siehe Seite 108). Was bislang im Labor funktionierte, soll bald im großen Stil umgesetzt werden.

„Unser Ziel ist, in zweieinhalb Jahren mit einer größeren Versuchsanlage zu produzieren“, sagt Gunter Festel von der Startup-Firma Butalco aus dem Schweizer Kanton Zug. An dem Unternehmen ist auch Boles beteiligt. „Nach einem weiteren Jahr wollen wir in die kommerzielle Produktion einsteigen“, ist Festel zuversichtlich. Patente für die gentechnisch veränderten Hefen, die C5-Zucker zu Einfachzucker abbauen können, sind schon angemeldet. Und man habe, so Festel, „einen industriellen Investor aus dem erneuerbare Energiebereich für das Vorhaben gewinnen können“. Namen will er nicht nennen, Verträge sollen Anfang März unterschrieben werden.

Eine kritische Debatte über die gentechnische Veränderung der Hefe sieht er nicht heraufziehen. „Das glaube ich nicht, weil wir im geschlossenen Kreislauf operieren und weit weg vom Foodbereich sind.“ Interessanterweise will Festel kurz- und mittelfristig den Rohstoff regional vom Acker bekommen. Er glaubt allerdings, dass die Biomasse langfristig aus Waldbeständen bezogen wird. 15 bis 20 Prozent des deutschen Benzinbedarfs seien mit der Methode von Butalco abdeckbar.

„Holznutzung aus dem Wald ist am Limit“, warnt indessen Yasmin Murn von der Fachhochschule Eberswalde. Die Forstinformationstechnologin koordiniert das vom Bundesforschungsministerium finanzierte Verbundprojekt Dendrom. Hier geht es um nachhaltige Verwendungsstrategien von Dendromasse (Biomasse aus Holz).

Nach Murns Einschätzung werden die Forste schon heute mehrfach überplant, sowohl für stoffliche als auch für energetische Nutzungen. Wie hoch der Druck ist, zeige allein die Tatsache, dass früher alle Äste unter zehn Zentimeter Dicke im Wald blieben und dort verrotteten. „Heute wird bereits jegliches Astmaterial bis zu einer Dicke von vier Zentimetern genutzt“, verweist sie auf gestiegene Nutzungsansprüche, aber auch auf ein Umdenken in der Forstwirtschaft. „Der Waldbestand wird mehr und mehr optimiert bewirtschaftet.“ Dennoch hält Murn eine nachhaltige Biokraftstoffquote von 20 Prozent für „sehr ambitioniert“.

Ein Beispiel für den Optimierungstrend: Der skandinavische Papierriese Stora Enso, ein Holzgroßverbraucher, macht sich Gedanken über eine effizientere Nutzung der biogenen Reststoffe. „Im Konzern wird seit Längerem über ein stärkeres Engagement im Bioenergie-Segment nachgedacht“, sagt Jussi Koch von Stora Enso. Was jedoch nicht heiße, dass man das Kerngeschäft, die Produktion von Zellstoff und Papier, vernachlässigen werde. „Wir wollen und können nicht Shell werden“, sagt Koch, „wir veredeln pflanzliche Fasern“. Als Beiprodukt fällt eben auch Lignin an; es macht ungefähr die Hälfte des Rohstoffs aus. Die Papierhersteller laugen es aus dem Holz heraus und verbrennen es in eigenen Kraftwerken zur Strom- und Wärmeproduktion. Aus diesem Grund liegt der Anteil der Energieversorgung mit Bioenergie bei den Zellstoff- und Papierherstellern mit etwa 50 Prozent in der Regel sehr hoch.

 

Die Zukunft: Klare Prioritäten setzen

Das Bemühen um mehr Effizienz stößt bei Karin Arnold vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie auf offene Türen. „Sparen, sparen, sparen“, lautet ihre Parole. Arnold plädiert für eine intelligente Mehrfachnutzung der Biomasse. Kaskadierung nennt sie das Grundprinzip: Jede Biomasse sollte erst eine sinnvolle stoffliche Lebensdauer durchlaufen, bevor sie energetisch genutzt wird. Daneben sieht die Wissenschaftlerin völlig neue stofflich-energetische Nutzungsmuster, bei denen Wertschöpfung und Ökologie gleichrangig sind. „Damit müssen wir uns in den nächsten Jahren intensiv beschäftigen“, sagt die Mitarbeiterin vom Wuppertal Institut. Sie gibt ein Beispiel. „Stroh will momentan keiner haben.“ Sie beziffert die verwertbare Strohmenge allein in Nordrhein-Westfalen auf rund 470.000 Tonnen. „Das ist doch schon etwas, zumal Stroh ein reines Nebenprodukt der Getreideerzeugung ist und daher nicht mit der Nahrungsmittelproduktion kollidiert.“ Vielleicht einer der Rohstoffe, von denen sich die Hefestämme à la Butalco und andere Entrepreneure in Zukunft ernähren?

Aber Vorsicht: Nicht alles Stroh kommt für die stoffliche oder energetische Nutzung in Frage. Ein erheblicher Teil muss als organische Masse für die Humusreproduktion auf den Feldern verbleiben. Außerdem haben Strohballen bei großem Volumen ein geringes Gewicht, sodass Transportentfernungen zu Verarbeitern limitierend wirken.

Ein traditionelles Beispiel für den erfolgreichen Einsatz von Naturrohstoffen als Ersatz für Erdöl ist Kautschuk. Der Anteil an Naturkautschuk in Gummimischungen für Reifen hat in den letzten Jahren im Verhältnis zum Synthesekautschuk auf der Basis von Erdöl wieder zugenommen. Koppelprodukt der Kautschukplantagen: Die Gummibäume leisten nach einer Lebenszeit von 40 Jahren als Möbelholz weitere gute Dienste.

 

Chemische Industrie: Eher verhalten optimistisch

Ganz so einfach dürfte es mit der Umstellung vom Erdöl auf Biomasse nicht werden – dazu müsste nämlich zwischen verarbeitender Industrie und den Verfechtern nachwachsender Rohstoffe die ‚Chemie’ erst einmal stimmen. Eine weitgehende Umstellung seiner Produktion auf Biomasse hält zum Beispiel der Chemiegigant BASF in Ludwigshafen mittelfristig nicht für möglich. Die wichtigsten Ausgangsstoffe für die heimische Industrie sind heute Olefine und Aromaten, die hauptsächlich durch Cracken und Reformieren von Rohbenzin (Naphtha) erzeugt würden, heißt es aus dem Unternehmen. „Die Projekte zum Thema Rohstoffwandel bilden im Forschungsverbund der BASF eines von fünf Wachstumsclustern“, sagt Rainer Diercks, Leiter des Kompetenzzentrums Forschung und Technologie Chemikalien. „Im Cluster Rohstoffwandel identifizieren Experten interessante Verfahren zur Nutzung alternativer Rohstoffe und bewerten die Prozesse unter technologischen, ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten.“ Für die Forschungsarbeiten stünden zwischen 2006 und 2008 etwa 100 Millionen Euro zur Verfügung.

Für BASF liegt der Fokus weiterhin auf tradierten fossilen Rohstoffen: Als ergänzende Rohstoffe kämen derzeit vor allem Erdgas und eventuell Kohle in Betracht, betont Diercks. Zunächst könne Erdgas weiterhelfen, dessen Preis sei jedoch vom Ölpreis abhängig. Kohle werden deutlich länger verfügbar sein und sei heute vergleichsweise günstig. Allerdings stelle die Handhabung dieses Feststoffs hohe technische Anforderungen. Und die „Kohlendioxidbilanz muss verbessert werden“, umschreibt Diercks das zweite große Problem.

„Die künftige Herausforderung ist der Zugang zu kostengünstigen Fermentationsrohstoffen“, weiß der Forschungsleiter. Kurzfristig komme neben Glukose auch Glycerin in Frage, das als Nebenprodukt von Biodieselanlagen anfällt. „Als langfristige Lösung evaluieren wir die Nutzung von Zellulose aus Biomasse wie Pflanzenabfällen“, fügt Diercks hinzu. Zellulose sei mit einem Vorkommen von etwa 700 Milliarden Tonnen die größte organische Rohstoffquelle der Erde. Von den jährlich sich bildenden 40 Milliarden Tonnen würden heute gerade einmal 200 Millionen Tonnen genutzt. In einer Forschungskooperation mit der Universität von Alabama untersucht BASF die Verarbeitung von Zellulose mit Hilfe ionischer Flüssigkeiten. Produkte wie Zellulosefasern oder Folien ließen sich so über ein Direktlöseverfahren herstellen. Auch wenn die Chemieindustrie mit verschiedenen Optionen liebäugelt: Wenn sie langfristig effiziente und kostengünstige Rohstoffe beziehen wollen, werden die Unternehmen zwangsläufig auf das Bioraffinerie- Konzept kommen. Das Gras-Zeitalter hat begonnen.

 

 

Keine Milch, sondern Dämmstoff

 „Wir sind vorsichtig“, sagt Michael Gass, Geschäftsführer der 2005 gegründeten Firma Biowert Industrie GmbH, ein Tochterunternehmen der Biowert AG in Aarau. „Bioraffinerie klingt so high-sophisticated“, distanziert sich Gass von dem Begriff. „Wir machen Grasveredelung.“ Tatsächlich stellt Biowert aus gemeinem Wiesengras in der ersten Anlage in Brensbach im Odenwald Dämmstoffe und naturfasergefüllte Kunststoffe her. Später soll eine integrierte Separierung von wertvollen Aminosäuren für Pharmazie und Nahrungsmittelindustrie (Aromen) folgen. In einer benachbarten Biogasanlage mit zwei Blockheizkraftwerken à 700 Kilowatt elektrische Leistung werden die flüssigen Substratreste zusammen mit anderen Bioabfällen vergoren und Strom und Wärme erzeugt. Die Wärme wird unmittelbar im Fasergewinnungsprozess verwertet. Als vorerst letzte Kaskade des Grasveredlers aus dem Odenwald bleibt der nährstoffreiche Gärrest; er soll langfristig als Handelsdünger vermarktet werden. Rund fünf Millionen Euro hat Biowert investiert, seit Sommer letzten Jahres wird produziert. 5.000 Tonnen Gras aus der Umgebung wandern in die Silos, anschließend in die Wäsche, werden zu einer dicken Suppe verrührt und mit Borat versetzt. Danach wird das Substrat mechanisch behandelt. Am Ende trennt sich die holzige Faser ab und wird zu losem Dämmstoff aufbereitet. Das Schüttmaterial ist in Dächern, Böden und Wänden als Wärmedämmung einsetzbar und gehörte zur Liste derjenigen Naturdämmstoffe, die im Rahmen eines Markteinführungsprogramms von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert wurden.

„Biowert ist in der industriellen Umsetzung, in der Automatisierung und in der Verfahrenstechnik am weitesten“, stellt sich Gass selbst gute Noten aus. Trotzdem sieht er noch einen weiten Weg bis zur Bioraffinerie vor sich und seinen Kollegen, zumal das Konzept von Brensbach sehr regional geprägt ist und der Input-Outputstrom von der Idee der Kreislaufwirtschaft getragen wird. Ein enzymatischer Aufschluss der Faseranteile ist bei einer Jahresverarbeitungsmenge von 5.000 Tonnen laut Gass nicht wirtschaftlich. Das ist eine wesentliche Begründung für seine Verfahrenswahl. Alles andere wäre dann ein echter Holzweg.

 

 

USA: Millionen für Bioraffinerien

In den USA wird viel, viel Geld in die Bioraffinerie-Forschung gesteckt (siehe Seite 108). Ende Januar kündigte das U.S. Department of Energy an, bis 2010 vier kleinere Bioraffinerieprojekte mit 114 Millionen Dollar (78,6 Millionen Euro) zu unterstützen. Die Projekte sollen in den Bundesstaaten Wisconsin, Missouri, Oregon und Colorado realisiert werden.

Die Bioraffinerien sind zehn Prozent kleiner ausgelegt als künftige großindustrielle Anlagen. So liegt die tägliche Inputmenge der Demoanlagen bei rund 70 Tonnen Biomasse pro Tag mit einem jährlichen Output von etwa 9.500 Tonnen Kraftstoff. Im kommenden Frühjahr sollen weitere Pilotanlagen Fördergelder erhalten. Das Finanzvolumen des zuständigen Ministeriums wird auf insgesamt 138 Millionen Dollar steigen. Neben der Produktion von Zellulose-Ethanol sollen Biochemikalien und Bioprodukte für industrielle Anwendungen gewonnen werden.