Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HOMATHERM GmbH durchgeführt. Durch den Waldumbau wird sich das Laubholzaufkommen (z.B. Buche) in Deutschland mittel- und langfristig erhöhen, wobei bei Durchforstungen vor allem dünne und qualitativ minderwertige Sortimente anfallen, die sich für die Holzwerkstoffherstellung eignen. Ein bei der Ligningewinnung aus Buchenholz mittels des Organosolv-Verfahrens in signifikanten Mengen anfallender Reststoff (delignifiziertes Fasermaterial), wird einer stofflichen Nutzung als Teilsubstitut für Kiefernfasern bei der Herstellung von dünnwandigen Faserplatten und dickwandigen Formteilen zugeführt. Damit wird die Wertschöpfung der gesamten Prozesskette verbessert und den Gedanken der Koppelproduktion und Kaskadennutzung noch stärker Rechnung getragen. Die Faserplatten sollen als Decklagen in Sandwichplatten und die Formteile im Möbelbereich (z.B. Möbelfronten) eingesetzt werden. Die geplanten Arbeiten umfassen Versuche zur Faserstoffherstellung, zum Auflösen und Vermischen der Rejecte mit anderen Faserstoffen, zur Faserstoffcharakterisierung, zur Beleimung der Faserstoffmischungen, zu Vliesbildungsprozessen sowie zur Herstellung der Faserplatten und Formteile. Nach Versuchen im Labormaßstab sollen die Ergebnisse in den halbindustriellen Maßstab übertragen werden. Im Anschluss daran erfolgen Untersuchungen zur Prozessoptimierung und danach das up scaling auf eine Produktionsanlage. Die gefertigten Faserplatten und Formteile werden in allen Stufen der Projektbearbeitung umfangreichen Prüfungen unterzogen.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Holztechnologie Dresden gemeinnützige GmbH durchgeführt. Durch den Waldumbau wird sich das Laubholzaufkommen (z.B. Buche) in Deutschland mittel- und langfristig erhöhen, wobei bei Durchforstungen vor allem dünne und qualitativ minderwertige Sortimente anfallen, die sich für die Holzwerkstoffherstellung eignen. Ein bei der Ligningewinnung aus Buchenholz mittels des Organosolv-Verfahrens in signifikanten Mengen anfallender Reststoff (delignifiziertes Fasermaterial), wird einer stofflichen Nutzung als Teilsubstitut für Kiefernfasern bei der Herstellung von dünnwandigen Faserplatten und dickwandigen Formteilen zugeführt. Damit wird die Wertschöpfung der gesamten Prozesskette verbessert und den Gedanken der Koppelproduktion und Kaskadennutzung noch stärker Rechnung getragen. Die Faserplatten sollen als Decklagen in Sandwichplatten und die Formteile im Möbelbereich (z.B. Möbelfronten) eingesetzt werden. Die geplanten Arbeiten umfassen Versuche zur Faserstoffherstellung, zum Auflösen und Vermischen der Rejecte mit anderen Faserstoffen, zur Faserstoffcharakterisierung, zur Beleimung der Faserstoffmischungen, zu Vliesbildungsprozessen sowie zur Herstellung der Faserplatten und Formteile. Nach Versuchen im Labormaßstab sollen die Ergebnisse in den halbindustriellen Maßstab übertragen werden. Im Anschluss daran erfolgen Untersuchungen zur Prozessoptimierung und danach das up scaling auf eine Produktionsanlage. Die gefertigten Faserplatten und Formteile werden in allen Stufen der Projektbearbeitung umfangreichen Prüfungen unterzogen.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linde GmbH durchgeführt. Das Arbeitspaket 1 des Vorhabens beschäftigt sich mit der Vorbereitung der Kommerzialisierung des Organosolv-Verfahrens, für das derzeit die wissenschaftlich-technischen Grundlagen erarbeitet werden. Ziel ist die Definition von Produktspezifikationen, Produktvolumina und Produktpreisen die auf der Grundlage von Daten zu konventionellen Produkten durch umfangreiche Recherchen zu gewinnen sind. Damit verbunden ist die Suche nach potentiellen Betreibern bzw. Investoren für eine Demo-Anlage. Ein Rahmenkonzept für die Standortwahl soll ebenfalls erarbeitet werden. In einem ersten Schritt werden Produktspezifikationen erarbeitet und Interessenten für Produkte und Nachfolgeprodukte des Organosolv Verfahrens recherchiert. Aufbauend auf einer Recherche zu Daten von konventionellen Produkten erfolgt danach die Ermittlung der möglichen Produktvolumnia und des potentiellen Bedarfs. Eine Recherche zu aktuellen Markpreisen soll Aufschluss über den Preiskorridor für zukünftige Organosolv-Produkte geben. Weiterhin soll die Akzeptanz bei potentiellen Interessenten und damit die mögliche Nachfrage analysiert werden. Weitere Arbeitsschritte haben die Definition der Leistungsparameter einer Organosolv-Demo-Anlage und den Umfang der notwendigen Garantien zum Inhalt. Das Verfahren soll darüber hinaus durch Präsentation der Forschungsergebnisse einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt werden. Untersuchungen zur Integration der Demo-Anlage in bestehende artverwandte Anlagen werden ausgeführt.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von se ma Gesellschaft für Innovationen mbH durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung von hochwertigen Kunststoffmaterialien, die Partikel aus Lignin und Ligninderivate als funktionellen Zuschlagstoff enthalten. Entwicklung eines chemisch modifizierten Lignins, welches als Compound oder als polymeres Additiv in Folienrezepturen zu verarbeiten geht und dabei den filmbildenden Charakter der Folie beibehält. Es werden Buchenlignine auf Basis von Organosolv-Verfahren, Sulfatverfahren und dem Dampf-Druckverfahren hinsichtlich ihrer chemischen Modifizierbarkeit untersucht. Über die Auswahl von geeigneten Aufschlussverfahren und Syntheseverfahren sollen die reaktiven Gruppen in dem Makromolekül Lignin so funktionalisiert werden, dass sie als polymeres Additiv innerhalb von Folienrezepturen den filmbildenden Charakter unterstützen.
Das Projekt "Teilprojekt B: TG2, Erzeugung von Chemiegrundstoffen aus Biomasse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linde Engineering Dresden GmbH durchgeführt. Das wissenschaftlich-technische Gesamtziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung eines Prozesses zur möglichst vollständigen stofflichen Nutzung aller Komponenten von Lignocellulose durch Gewinnung von biobasierten Plattformchemikalien auf Cellulose-, Hemicellulose- und Ligninbasis. Das Organosolv-Verfahren ist grundsätzlich geeignet, eine weitgehende stoffliche Nutzung von Laubhölzern wirtschaftlich darzustellen. Mit dem angestrebten Projekt sollen nun die Grundlagen für die Überführung des Verfahrens in den Demonstrationsmaßstab geschaffen werden. Außerdem sollen die Produkte des Verfahrens im regionalen Netzwerk des Spitzenclusters etabliert werden, um die wirtschaftliche Tragfähigkeit dieses Bioraffinerie-Konzeptes zu demonstrieren. Zur Vorbereitung des nächsten Skalierungsschritt und zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens werden Untersuchungen zur deutlichen Reduzierung der Abwasserbelastung und des Energieverbrauchs, zur Optimierung des Gesamtprozesses sowie die Entwicklung eines wirtschaftlich tragfähigen Engineering-Konzeptes für eine Demonstrationsanlage durchgeführt. Dabei werden vor allem Innovationen im Bereich des Holzaufschlusses, der Komponententrennung und Ethanol-Rückgewinnung sowie der Prozessintegration angestrebt.
Das Projekt "2GEnzymes: Enzymatische Optimierung des Organosolv-Holzaufschlusses mit integrierter Enzymproduktion - Teilvorhaben 1: Scale-up und Demonstration in Pilotanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse durchgeführt. In Lignocellulose sorgt Lignin für eine erhöhte mechanische Stabilität des Materials und schützt die darin enthaltenen Kohlehydrate vor deren Abbau. Dadurch erschweren sich sowohl die Fraktionierung als auch die darauffolgende Verzuckerung der Kohlenhydrate. Die Idee des Projektes liegt in der Anwendung neuer Cellulasen und ligninolytischer Enzyme (LE) zur Herstellung von Zucker der zweiten Generation (2G), wobei die Enzymherstellung in den Gesamtprozess integriert werden soll. Eine Anwendung von LEs vor und während der Fraktionierung, soll die mechanischen Stabilität des Holzes und damit den benötigten Energie- und Chemikalienverbrauch verringern. Ein Einsatz von LEs während der Verzuckerung, soll die Cellulose besser zugänglich für den Abbau durch Cellulasen machen und gleichzeitig, die inhibierende Wirkung des Lignins auf die Cellulasen reduzieren. Somit soll vor allem die Raum-Zeit-Ausbeute der Verzuckerung und die Qualität der Zuckerfraktionen verbessert werden. Das Fraunhofer CPB übernimmt die Projektkoordination. Basis für die Lignocellulose-Fraktionierung ist das Organosolv Verfahren von Fraunhofer CPB, dessen Ausgangsrohstoff Buchenholz ist. Das Fraunhofer CBP versorgt die Projektpartner mit Cellulose, Lignin und Zuckern aus Lignocellulose. In der 1. Phase soll die P. verruculosum Cellulase im Pilotmaßstab fermentiert und den Projektpartnern für weiterführende Untersuchungen zur Verfügung gestellt werden. Nach der Prozessentwicklung im Labormaßstab bei den Partnern, wird am Fraunhofer CBP ein Scale-up und die Demonstration der Cellulase-Produktion auf Basis von Substraten aus dem Organosolv-Prozess durchgeführt (2. Phase). Abschließend soll ein Scale-up und die Demonstration des durch Enzyme verbesserten Buchenholz-Aufschlusses und der darauffolgenden Verzuckerung stattfinden.
Das Projekt "2GEnzymes: Enzymatische Optimierung des Organosolv-Holzaufschlusses mit integrierter Enzymproduktion - Teilvorhaben 2: Stammentwicklung für Cellulaseproduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Biologie I, Abteilung Pflanzenphysiologie durchgeführt. Ein wesentliches Ziel des Verbundvorhabens betrifft den Einsatz von Cellulase-Enzymkomplexen zur Verzuckerung des Zellstoffs aus dem Organosolv-Aufschluss für die Herstellung von Zucker der zweiten Generation (2G). Die daraus resultierenden Ziele des Teilvorhabens 2 betreffen (i) die Entwicklung eines Produktionsstammes zur Cellulasegewinnung, optimiert für die Hydrolyse von Zellstoff aus dem Organosolv-Aufschluss, (ii) die Cellulaseproduktion auf Basis kostenrelevanter Substrate aus dem Organosolv-Aufschluss und (iii) die Optimierung des Fermentationsprozesses. AP 2: Herstellung der P. verruculosum-Cellulase (CBP/UL) Fermentation im Pilotmaßstab; 1. Phase mit dem Ausgangsstamm P.v.-M28-10; 2. Phase mit gentechnisch optimiertem Stamm (AP7). AP 3: Genetische Veränderung des Ausgangsstammes (Dutch DNA Biotech) Erhöhung der Enzym-Exkretionsrate durch Modifikation des Transkriptionsfaktors bzw. Ausschaltung der C-Katabolitrepression. AP 4: Prozessoptimierung der Cellulaseproduktion mit P.v. (UL) (i) Integration der Cellulaseproduktion auf Basis wirtschaftlich relevanter Substrate aus dem Organosolv-Aufschluss. (ii) Prozessoptimierung mit einem verbesserten non-GMO- als auch einem GMO-Stamm. AP 6: Anpassung der enzymatischen Verzuckerung von Zellstoff (UL) Untersuchung der Hydrolyse der Kohlenhydratfraktion (Cellulose, Hemicellulose) in Kombination mit den LEs von MetGen und USC. Insbesondere soll eine Reduzierung des Restlignin-Anteils im Zellstoff erzielt werden. AP 7: Scale-up der optimierten Cellulase-Fermentation (CBP, UL) Die in AP4 optimierte Cellulase-Produktion einschließlich Downstream Processing wird mit einem gentechnisch verbesserten Stamm am CBP in den Kubikmeter-Maßstab überführt. AP 8: Scale-up des modifizierten Organosolv-Verfahrens und der enzymatischen Cellulosehydrolyse (CBP, UL) Demonstration des Gesamtprozesses von Buchenholz zu Zuckern der zweiten Generation im Pilotmaßstab. Dies beinhaltet die Verzuckerung der Cellulose mit P.v.-Cellulase und LEs.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Fermentative Ethanolherstellung aus Lignocellulose-Hydrolysaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist es, einen integrierten Prozess zur Herstellung von Bioethanol, Bioethylen und Folgeprodukten zu entwickeln, der auf kostengünstigen Lignocellulose-Hydrolysaten basiert. Gegenüber dem Stand der Technik zur Herstellung von Bioethylen verfolgt das Vorhaben die nachhaltige Herstellung von Ethanol durch Co-Fermentation von lignocellulosebasierten Kohlenhydraten (C-5-/C-6-Zucker). Hierdurch steht das Zwischenprodukt Bioethanol günstiger und in größeren Mengen als zucker- oder stärkebasiertes Ethanol zur Verfügung ohne in Konkurrenz zu Nahrungsmitteln zu stehen. Um die Chancen und Risiken des Gesamtprojektes besser einschätzen zu können, werden in dem vorliegen Vorprojekt die kritischen Verfahrensschritte des Gesamtprozesses untersucht: Für das vorliegende Teilprojekt ist dies die fermentative Herstellung von Ethanol aus Lignocellulose-Hydrolysaten aus dem optimierten Organosolv-Verfahren durch einen simultanen Umsatz von C-5- und C-6-Zuckern mit Hefestämmen oder gleichwertigen mikrobiellen Kulturen/Mischkulturen mittels einer Hochzelldichtefermentation in einem Membran-Bioreaktor mit integrierter Produktabtrennung. Im ersten Schritt werden geeignete ethanolbildende Mikroorganismen über einen Charakterisierungsprozess ausgewählt. Mit diesen Mikroorganismen werden dann in der Folge Fermentationsprozesse durchgeführt und optimiert und ein Gesamtprozess mit integrierter Produktaufarbeitung erarbeitet.
Das Projekt "Nachwuchsgruppe: Lokale Vorbehandlung nachwachsender Rohstoffe für Bioraffinerien (BioSats)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Zielsetzung ist die Etablierung einer Plattformtechnologie zur Konstruktion lokaler Biomassevorbehandlungsmodule (BioSats). Hierbei werden, zusätzlich zu den essentiellen Verarbeitungsstufen der Vorbehandlung und Fraktionierung, Wertschöpfung sowie katalytische Verwertungskonzept untersucht. Die Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette dient vorwiegend der Festlegung geeigneter Schnittstellen zwischen den BioSats und zentralisierten Bioraffinerien unter Beachtung eines integrierten Stoffstromkonzepts. Die entwickelten Technologien werden in Form eines automatisierten Prototyps implementiert. In Kombination mit einem integrierten numerischen Stoffstrommodell der dezentralen Anlagen ist eine aussagekräftige Betrachtung der ökonomischen und ökologischen Effizienz möglich. Ziel der Forschungen ist ein integriertes, modular variierbares, Aufarbeitungssystem mit einem vorgeschalteten Analyse- bzw. Bewertungsalgorithmus. Hervorgehobene Projektziele sind hierbei: 1) Entwicklung neuer Vorbehandlungsverfahren für Biomasse, 2) Erweiterung des Organosolv-Verfahrens zum Aufschluss durch mechanisch-akustische Vorbehandlungsmethoden, 3) Erweiterung bestehender Silierungstechniken auf Lignocellulose für deren Vorbehandlung und langfristiger Lagerung, 4) Neue Reaktorkonzepte zur Hydrolyse von Polysaccharidfraktionen, 5) Neue Reaktorkonzepte zur Anwendung geschüttelter Kunststoffreaktoren, 6) Erstellung eines integrierten Stoffstrommodells, 7) Etablierung eines schnellen Analyseverfahrens.
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