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Innovative approaches to turn agricultural waste into ecological and economic assets

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Verwertung von Agrarabfällen für eine künftige abfallfreie Wirtschaft

In einem Verbundprojekt aus europäischen und asiatischen Forschungspartnern sollte gemeinsam mit Interessengruppen die Kreislaufwirtschaft auch für den Agrarsektor erschlossen werden. Konkret bedeutet dies die Entwicklung neuer Technologien und Biomaterialien sowie Vermeidung, Wiederverwertung und Recycling von Abfällen.

Klimawandel und Umwelt

Beim Konzept der abfallfreien Zero-Waste-Gesellschaft liegt der Fokus verstärkt auf der Abfallvermeidung. Hierfür müssen Lebenszyklen von Ressourcen neu durchdacht werden, um verantwortungsbewusste Produktion, Konsum, Wiederverwertung und Rückgewinnung von Produkten und Verpackungsmaterial zu fördern. Ziel ist, keine Abfallstoffe mehr auf Deponien zu entsorgen, zu verbrennen oder in Meere oder Luft abzuleiten. Das EU-finanzierte Projekt NoAW entwickelte innovative Lösungen, um landwirtschaftliche Nebenprodukte wie Stroh, Dünger und Kellereiabfälle als wertvolle Ressourcen wiederverwerten zu können. „Letztlich gewannen wir damit aus noch ungenutzten landwirtschaftlichen Abfällen Bioenergie und biobasierte Produkte mit direktem Nutzen für Umwelt und Wirtschaft sowie Verbraucherinnen und Verbraucher“, so Projektkoordinatorin Nathalie Gontard.

Neue Werkzeuge für neue Technologien

Die Konsortiumpartner entwickelten zusammen mit Interessengruppen und unterstützt durch die Knowledge Exchange Stakeholders Platform von NoAW innovative ökologische Planungsinstrumente zur Bewertung optimaler regionaler Abfallverwertungsstrategien, die dann in Fallstudien angewendet wurden. Weitere Ergebnisse sind Technologien, um Kunststoffe auf Erdölbasis zu ersetzen, Verfahren zur Erzeugung von Bioenergie, Biodünger, Bioverpackungen und Biomolekülen sowie die Entwicklung biobasierter Komponenten für erneuerbare Alternativen zu Produkten aus Erdöl. Zudem optimierte NoAW die anaerobe Vergärung, d. h. die hochtechnische Umwandlung von Reststoffen, zu einem zweistufigen Verfahren. Zunächst führten die Partner ein Nassexplosionsverfahren (WEx) zur Vorbehandlung von Agrarabfällen durch, mit dem Lignin in seine Bestandteile (Zellulose, Hemizellulose und Lignin) zerlegt werden kann. Dieses Verfahren umfasst die thermochemische Vorbehandlung mittels Sauerstoffzugabe und explosiver Dekompression, das dann an nachfolgende biokatalytische und mikrobielle Prozesse angepasst werden kann.

Reduzierung von CO2-Emissionen

Durch diese zweistufige anaerobe Gärung wurde Biogas bestehend aus Wasserstoff, Methan und CO2 sowie flüchtigen Fettsäuren und nährstoffreichem Gärrestdünger erzeugt. Dieses Biogas wurde dann durch mikrobielle Elektrosynthese zu Biomethan und Biohythan aufbereitet und kann als Biokraftstoff verwendet oder ins Erdgasnetz eingespeist werden. Weiterhin verbesserten die Projektpartner die mikrobielle und chemische Qualität der Gärreste für die sichere Verwendung als Düngemittel, um nährstoffarmen Böden Nährstoffe zurückzugeben. Durch anaerobe Gärung bei der Gülleaufbereitung kann die Stickstoffverfügbarkeit um 5-20 % erhöht und damit der Einsatz von Mineraldünger um 10 % reduziert werden, was eine Einsparung von drei bis fünf Millionen Tonnen CO2 pro Jahr ausmacht. Mit dem zweistufigen anaeroben Gärungsverfahren unter Verwendung von Bakterien wurden flüchtige Fettsäuren fermentiert, um natürliche, biologisch abbaubare und recycelbare Polyester (Polyhydroxyalkanoate, PHA) herzustellen und damit teilweise Kunststoffe auf Erdölbasis zu ersetzen. Die Eigenschaften von Polyhydroxyalkanoaten wurden durch Verbundmaterial aus lignozellulosehaltigen Füllstoffen und antioxidantienreichen Aktivstoffen aus Kellereiabfällen optimiert. Laut Gontard „könnte die von NoAW entwickelte nachhaltige Alternative zu herkömmlichem Kunststoff für Verpackungen und andere Anwendungen dazu beitragen, dass die europäische Industrie und Gesellschaft ihre EU-Ziele im Bereich erneuerbarer Energien und Materialien erreicht und die globale Erwärmung und weitere Umweltverschmutzung durch Plastikabfälle reduziert wird.“ Durch Zusammenarbeit mit Projektpartnern aus China, Hongkong, Taiwan und einer asiatischen Spiegelplattform wurde zudem die Reichweite der Projekte über die EU hinaus erweitert. Damit steht eine neue Vision bereit, die sich an den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft orientiert und künftige Generationen im Bereich Landwirtschaft, Agrarforschung und Lebensmittelerzeugung motiviert, den Anbau und die Verwendung von Nutzpflanzen neu zu denken. „Wir entwickelten wichtige, bahnbrechende Synergievorhaben, von denen wir hoffen, sie im nächsten europäisch-chinesischen Kooperationsprojekt im Rahmen von Horizont Europa weiter ausbauen zu können“, schließt Gontard.

Schlüsselbegriffe

NoAW, Agrarabfälle, Kunststoff, Kreislaufwirtschaft, PHA, anaerobe Vergärung, Polyhydroxyalkanoate, flüchtige Fettsäuren, abfallfrei

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18 September 2005