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Direct and indirect biorefinery technologies for conversion of organic side-streams into multiple marketable products

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Einsatz von Insekten zur Umwandlung von Pflanzen, Tierfutter und Mist in marktfähige Produkte

Können wir die Herstellung nützlicher Proteine, Lipide und vergleichbarer Ressourcen aus kaum genutzten organischen Abfallprodukten oder Rückständen rentabel machen, indem wir Insekten einsetzen? Eine Initiative der EU untersuchte innovative Verfahren und Ansätze zur Einführung neuer Erzeugnisse und Verbindungen.

Industrielle Technologien

Das EU-finanzierte Projekt InDIRECT entwickelte indirekte kaskadierende Bioraffinerieverfahren, um eine Vielzahl von Abfallprodukten verschiedener Sektoren in nützliche und wirtschaftliche Produkte umzuwandeln. Zu den Abfallprodukten zählen organische und pflanzliche Biomasse aus den Agrar-, Verarbeitungs- und Einzelhandelsektoren. Beispiele sind Gras, grüne Blätter, Früchte, Gemüse und Presskuchen. „Wir konzentrierten uns auf die Bioraffinerie von kaum genutzten Abfallprodukten zur Nutzung als Futtermittel für die Insektenzucht und untersuchten, ob die Produkte auf Insektenbasis Potenzial als kommerzialisierbare Verbindungen haben“, so die Koordinatorin Leen Bastiaens. InDIRECT erhielt Finanzmittel vom Gemeinsamen Unternehmen für biobasierte Industriezweige, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie.

Neue Wertschöpfungskette für die Umwandlung von Biomasse in wertvolle Produkte

Die Forschungsgruppe wendete ein dreistufiges Bioraffineriemodell an, um die verschiedenen Einsatzstoffe aus Abfallprodukten in eine homogene Biomasse umzuwandeln. Sie setzte die Schwarze Soldatenfliege und den Glänzendschwarzen Getreideschimmelkäfer für diese Umwandlung ein. Das Forschungsteam nutzte anschließend die Biomasse der Insekten selbst. Die Aktivitäten erforderten die Zucht von mehr als einer Tonne Insekten. Die entstehende Insektenbiomasse wurde in Rohextrakte verarbeitet, die dann purifiziert und in neue Erzeugnisse und Verbindungen umgewandelt wurden. Dazu zählen Proteine und Oligopeptide, Lipide, Chitin, Chitosan und dessen Derivate, stickstoffarmer Kompost sowie untergeordnete Verbindungen. „Diese Produkte sind um einiges wertvoller als aktuelle Biomassenanwendungen“, bemerkt Bastiaens. „Aktuell werden Abfallprodukte der Agro-Industrie und der Lebensmittelindustrie häufig als Futter oder Bioenergiequellen verwendet.“ Aus dieser Biomasse können mithilfe verschiedener Bioraffinerieansätze wertvolle Verbindungen recycelt werden. Die Projektpartner verglichen direkte und indirekte Ansätze. „Es ist schwierig, einen direkten Ansatz für geringe Mengen an Biomasse aus Abfallprodukten zu skalieren, da die Biomasse nur sporadisch verfügbar ist und nicht das ganze Jahr lang erzeugt werden kann“, erklärt Bastiaens. „Anderseits ist dies ein Ansatz, der eine Vielzahl verschiedener, potenziell äußerst wertvoller Verbindungen liefern kann, wenn er kaskadierend angewendet wird – Proteine, Kohlenhydrate, Ballaststoffe und mehrere untergeordnete Verbindungen wie Carotinoide und Polyphenole.“

Bioraffinerie zur Umwandlung von mit Abfall ernährten Insekten in Proteine

Die indirekte Bioraffinerie wandelt Abfallprodukte mithilfe eines zweistufigen Vorgangs in Rohextrakte um: die Umwandlung von Biomasse durch Insekten und die anschließende Bioraffinerie der Insektenbiomasse. „Der indirekte Ansatz hat das Potenzial, ganzjährig eingesetzt zu werden und eine relativ stabile Herstellung vor allem von Chitin, Proteinen und stickstoffarmem Kompost zu ermöglichen“, fügt Bastiaens hinzu. „Die Rohfraktionen wie Proteine, Lipide, Chitosan, Kohlenhydrate und untergeordneten Verbindungen, die durch beide Ansätze gewonnen werden, müssen weiter purifiziert und verarbeitet werden, bis sie als marktfähige Produkte in Sektoren wie der Futtermittel-, Chemie- und Lebensmittelbranche eingesetzt werden können.“ Die Optimierung der Bioraffinerieverfahren wird den Umwandlungswirkungsgrad (Produktertrag/Tonne verwendeter Biomasse) im Vergleich zum Stand der Technik verbessern und das Wertschöpfungspotenzial (Euro/Tonne verwendeter Biomasse) der Einsatzstoffe steigern. Ein Positionspapier stellt die allgemeinen Ergebnisse sowie deren Potenzial und die resultierenden Herausforderungen vor. Neben den Ergebnissen sind dort auch 19 Empfehlungen für Interessengruppe entlang der gesamten Insekten-Wertschöpfungskette aufgeführt. Darüber hinaus fasst ein Bericht das rechtliche Rahmenwerk und mögliche Engpässe bei der Verwendung von Produkten auf Insektenbasis zusammen. „InDIRECT hat erheblich zur Sichtbarkeit von Wertschöpfungsketten auf Insektenbasis beigetragen und die Hemmschwelle für die Umsetzung in Europa gesenkt“, schließt Bastiaens. „Diese neue Wertschöpfungskette ist aufgrund von rechtlichen und technischen Einschränkungen noch nicht wirtschaftlich realisierbar. Allerdings wurden potenzielle Lösungen identifiziert, darunter die Konzentration auf hochwertige Anwendungsfälle im Bereich der Chemikalien, Textilien und Kosmetik sowie die Inwertsetzung der gesamten generierten Biomasse einschließlich der Insektenausscheidungen und Häutungshüllen.“

Schlüsselbegriffe

InDIRECT, Biomasse, Insekt, Abfallprodukte, Verbindung, Bioraffinerie, Futtermittel, Wertschöpfungskette

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