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Sulphur-free production method for non-food biopolymers (dissolving pulp, hemicellulose and lignin)

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Bahnbrechende Technologie für neue Rohstoffe in der Konsumgüterproduktion

Das industrielle Potenzial für Biopolymere ist enorm und reicht von der Textil- bis hin zur Kosmetikherstellung. Eine der wichtigsten Komponenten herkömmlicher Aufschlussverfahren ist dabei noch immer Schwefel. Die innovative Heißwasserextraktion soll diesen Prozess nun umweltfreundlicher und effizienter machen.

Industrielle Technologien

Bislang arbeitet man bei der Herstellung von Zellstoff mit dem sogenannten Sulfatverfahren bzw. Kraft-Aufschluss. Das schon 1884 patentierte Verfahren ist jedoch ineffizient und extrahiert lediglich Zellulose, was 40-50 % des Rohmaterials ausmacht. Zudem beruht die Extraktion auf Schwefel. Damit ist das Verfahren nicht nur umweltschädlich und unrationell, sondern auch teuer in der Nachbearbeitung, insbesondere bei der Veredlung von Zellulose zu Textilfasern. Das EU-finanzierte Projekt CHBTECH entwickelte ein Heißwasserextraktionsverfahren (pressurised hot water extraction, PHWE), bei dem nur sehr wenige Chemikalien verwendet werden. „Unser Verfahren erzeugt drei hochwertige Biopolymere in unbeschädigter und nativer Form. Die von uns entwickelte Methode ist auch deutlich flexibler, da Holz, aber auch Abfälle aus Landwirtschaft und Industrie als Ausgangsmaterial dienen können“, erklärt Mari Taipale, Geschäftsführerin des Unternehmens CH-Bioforce, dem Projektkoordinator.

Ein jahrhundertealtes Verfahren wird neu gedacht

Verglichen mit der Materialeffizienz des Kraft-Prozesses, bei dem die Ausbeute kaum 50 % beträgt, liegt sie mit der von CHBTECH entwickelten Technologie bei über 90 %. Während beim Kraft-Prozess noch die Hälfte des Rohmaterials als Abfall zurückbleibt, wandelt die CHBTECH-Technologie 90 % dieser Reststoffe um. Der Kostenfaktor sinkt also nicht nur durch die höhere Ausbeute, sondern auch durch das Ausgangsmaterial, da mittels Heißwasserextraktion ein größeres Spektrum an Rohstoffen verarbeitet werden kann, etwa Stroh oder Industrieabfälle. „Unsere Technologie kommt den Zielen der Kreislaufwirtschaft näher“, sagt Taipale, „da bestimmte Industrieabfälle in Zellulose umgewandelt und später in der Textilindustrie verwendet werden können.“ Diese höhere Effizienz ist aber nicht gleichbedeutend mit höheren Kosten, da die Entwicklung von CH-Bioforce sowohl durch geringeren Investitionsaufwand als auch niedrigere Umweltbelastung billiger wird. „Neben Schwefel kann auch der Einsatz chemischer Substanzen insgesamt reduziert werden. Der geschlossene Wasserkreislauf senkt den Verbrauch von Frischwasser, und es gelangen keine Schadstoffe in die Umwelt. Bei einer Materialeffizienz von mehr als 90 % ist die Menge an Abfallnebenprodukten vernachlässigbar“, fügt Taipale hinzu. Auch die CO2-Bilanz ist deutlich günstiger: „Neuesten Analysen zufolge entspricht die CO2-Emission des CH-Bioforce-Verfahrens nur einem CO2-Äquivalent von 0,0176 Tonnen ADT (air dry tonne), d. h. luftgetrocknetem Zellstoff pro Lufttrocknungstonne, was weniger als 1 % verglichen mit herkömmlichen Kraft-Prozessen ist.“

Mehr Effizienz, Flexibilität und Kapazität unabhängig von der Größe der Anlage

Ein wichtiger Vorteil des neuen Systems ist auch die Skalierungsfähigkeit der Anlagen, sodass auch kleinere Betriebe das Verfahren anwenden können. Da der anfängliche Investitionsaufwand gering ist, Materialeffizienz und Qualität der Endprodukte jedoch hoch sind, steht nun eine hochgradig skalierbare Technologie zur Verfügung. „Statt der bisher in der Zellstoffindustrie üblichen Milliardeninvestitionen erschließen wir mit unserer bahnbrechenden Technologie ein völlig neues Kundensegment. Somit wird der Aufschlussprozess besser an vorhandene Rohstoffe und auch Endverbrauchende angepasst, was wiederum Transportkosten und Emissionen reduziert.“

Skalierung zur Demonstration des Potenzials

Die erste Produktionsanlage wurde von der Arbeitsgruppe in Eigenregie installiert, um das Konzept den Industriepartnern des Projekts zu demonstrieren: Über den gesamten Projektverlauf wurden die Biopolymere von CH-Bioforce für die Textil- und Kosmetikherstellung von den Industrieakteuren geprüft. „Die Ergebnisse waren hervorragend, und so konnten wir bereits Vorverträge mit Unternehmen abschließen, die unsere Biopolymere dann kaufen wollen. Und schon wenige Vertragsabschlüsse würden gewährleisten, dass die gesamte Kapazität der ersten Anlage verkauft ist“, so Taipale. Bislang ist Taipale mit der Entwicklung des Projekts mehr als zufrieden: „Unser größter Erfolg war es, Marktinteresse zu generieren und die Nachfrage nach unseren Produkten zu steigern. Zudem haben wir die Technologie skaliert und mehrere erfolgreiche Machbarkeitsstudien mit unterschiedlichsten Arten von Rohstoffen durchgeführt.“

Schlüsselbegriffe

CHBTECH, schwefelfrei, Aufschluss, Zellulose, Heißwasserextraktion, PHWE, Kreislaufwirtschaft, Kraft-Prozess, Kraft-Aufschluss, CH-Bioforce, Textil, Kosmetik

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