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Chemical building blocks from versatile MSW biorefinery

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Biotechnologische Durchbrüche zur Umwandlung von Bioabfall in nachhaltige Produkte

Der organische Anteil städtischer Feststoffabfälle könnte eine breiten Palette an Branchen mit hochwertigen Chemikalien versorgen. EU-finanzierte Unternehmen und Forschende konnten erfolgreich verschiedene nützliche Produkte wie Lösungsmittel und Kunststoffe aus Bioabfall extrahieren, was die biobasierte Wirtschaft dabei unterstützt, die Zukunft nachhaltiger zu gestalten.

Industrielle Technologien

In der EU betrug 2019 die pro Person verursachte Menge an städtischem Abfall 502 kg, ein Rückgang von 3 % im Vergleich zum Höchstwert von 518 kg pro Person aus dem Jahr 2008. Durchschnittlich wird nur ein begrenzter Anteil (48 %) des anfallenden städtischen Abfalls recycelt oder kompostiert, während der Rest auf der Deponie landet oder verbrannt wird. Organische Materialien und Lebensmittelabfälle machen die größten Anteile des städtischen Abfallaufkommens insgesamt aus – zusammen sind es zwischen 30 % und 50 %.

Ein vielseitiges Bioraffineriekonzept

Wenn chemische Recyclingverfahren städtische Feststoffabfälle in chemische Ausgangsstoffe umwandeln, können sie dazu beitragen, den Anteil des Bioabfalls erheblich zu steigern, der in höherwertige Produkte recycelt wird, statt kompostiert oder zur Erzeugung von Bioenergie verwendet zu werden. Das EU-finanzierte Projekt PERCAL entwickelte innovative, nachhaltige Lösungen für die Abfallwirtschaft, die zur Verwirklichung einer Kreislaufwirtschaft beitragen. Die Entwicklung und Optimierung einer vielseitigen Bioraffinerie, die die Hydrolyse und Gärung von Rohstoffen in einem einzelnen Schritt zusammenfasst, stellt einen qualitativen Sprung in der Wertschöpfung aus städtischen Bioabfällen dar. PERCAL machte sich PERSEO Bioethanol® zunutze, eine vorkommerzielle Anlage im spanischen Valencia, die von PERSEO Biotechnology entwickelt wurde und die Kapazität hat, täglich 25 Tonnen Bioabfall zu verarbeiten. „Unsere Technologie macht die Verwendung von fossilen Rohstoffen überflüssig und ermöglicht es, nachhaltige, qualitativ hochwertige Chemikalien, die in verschiedensten alltäglichen Produkten eingesetzt werden können, aus Bioabfällen herzustellen. Die Valorisierung von Bioabfällen sollte der Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie zugutekommen und die Umwelt entlasten, indem Abfallströme von Deponien und Verbrennungsanlagen weggeleitet werden“, merkt Caterina Coll, die Geschäftsführerin von PERSEO Biotechnology, an.

Wiederverwendung von Abfall in einer zweiten Generation von Bioprodukten

PERCAL nutzte den organischen Anteil städtischer Feststoffabfälle als Ausgangsstoff, um chemische Zwischenerzeugnisse zu entwickeln, die für die Industrie von erheblichem Interesse sind. Zu diesen Zwischenerzeugnissen zählen Bernsteinsäure, Milchsäure und Ethanol, die allesamt ergänzend zum Bioethanol des Bioraffineriesystems von PERSEO Biotechnology erzeugt werden. Die Forschenden griffen auf die umfangreiche Erfahrung des Projektpartners mit PERSEO Bioethanol® zurück, um mehrere effiziente kommerzielle Enzymcocktails zu kombinieren, die die Kohlenhydrat-Hydrolyse effektiver gestalten. Die chemischen Zwischenerzeugnisse Milchsäure und Bernsteinsäure wurden durch die Gärung von Hydrolysaten (die aus dem organischen Anteil städtischer Feststoffabfälle gewonnen wurden) erzeugt, indem neuartige Elektrodialyse- und Membranelektrolyseverfahren angewendet wurden. Die Forschenden valorisierten auch den Protein- und Lipidinhalt der Nebenerzeugnisse der Gärung, um biobasierte Tenside herzustellen. „Wir setzten einen Prototyp einer reaktiven Destillationsanlage ein, um die Produktion von Milchsäureethylester aus Milchsäure hochzuskalieren. Diese farblose Flüssigkeit könnte in Reinigungsprodukten und Druckertinte eingesetzt werden. Unter Verwendung geeigneter Katalysatoren gewannen wir auch erneuerbare Schmelzklebstoffe (Lactid und Polymilchsäure) durch die Reaktivextrusion von Milchsäure und anderen Comonomeren. Diese Co-Schmelzklebstoffe sind sehr vielversprechend für die Anwendung in Verpackungen“, erklärt Coll. Bernsteinsäure könnte als Baustein in der Polyol-Produktion dienen. Mithilfe dieser organischen Verbindungen lassen sich flexible Textilbeschichtungen auf der Grundlage von Polyurethan herstellen. Die Innovationen von PERCAL beruhen auf einer einheitlichen Biotransformationsstrategie zur Produktion hochwertiger Chemikalien aus dem organischen Anteil städtischer Feststoffabfälle. Weitere Fortschritte beim Überwinden von Herausforderungen in der Bioprozesstechnik könnten eines Tages zu einer Umwandlung von Bioabfällen in nützliche Produkte führen, die mit bestehenden Verfahren mithalten können.

Schlüsselbegriffe

PERCAL, städtische Feststoffabfälle, Bioraffinerie, Milchsäure, hochwertige Chemikalien, organischer Anteil, Gärung, Hydrolyse, Bioethanol, Bernsteinsäure, Bio-Lösungsmittel

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