Produktion neuer biobasierter Produkte aus Siedlungsabfällen
Diese so genannten festen Siedlungsabfälle sind gemischte, getrennte Reststoffe, die bei der kommunalen Entsorgung von Abfällen aus Haushalten und Einzelhandelsgeschäften anfallen, u. a. Papier, Pappe, Glas, Metalle, Kunststoffe, Bioabfälle, Holz, Textilien und Verpackungen. Im Jahr 2021 wurden in der EU 530 kg Siedlungsabfälle pro Kopf(öffnet in neuem Fenster) erzeugt, die zu 49 % recycelt wurden. Nach Angaben der Weltbank wird die Menge an festen Siedlungsabfällen bis 2050 weltweit von 2,01 auf 3,40 Milliarden Tonnen(öffnet in neuem Fenster) steigen. Der prozentuale Anstieg wäre damit mehr als doppelt so hoch wie der Anstieg, der für die Weltbevölkerung bis dahin prognostiziert wird. „Dies ist zwar eine bedenkliche Prognose, bietet aber auch die Möglichkeit, die Reststoffe nach dem Kreislaufprinzip neuer Verwertung zuzuführen“, erklärt Caterina Coll, Koordinatorin des Projekts URBIOFIN(öffnet in neuem Fenster), das vom Gemeinsamen Unternehmen für biobasierte Industriezweige finanziert wurde, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen EU und Industrie. Schwerpunkt für URBIOFIN waren die organischen Anteile in festen Siedlungsabfällen, die laut einer Studie(öffnet in neuem Fenster) bei 46 % liegen. Hauptbestandteile dieser sogenannten „organischen festen Siedlungsabfälle“, sind Kohlenhydrate, Proteine und Fettstoffe aus Lebensmittelabfällen sowie biologisch abbaubare Reststoffe aus Gärten und Parks, die sich hervorragend als Rohstoffe für wichtige biobasierte Produkte eignen. URBIOFIN demonstrierte die Machbarkeit des Modells für eine städtische Bioraffinerie, die eine nachhaltigere Alternative zur bisherigen Aufbereitung organischer Bestandteile aus Siedlungsabfällen darstellt. „URBIOFIN belegte die technologische, wirtschaftliche und ökologische Machbarkeit der Anlage, um organische Substanzen aus festen Siedlungsabfällen in chemische Bestandteile, Biopolymere und Zusatzstoffe umzuwandeln“, ergänzt Coll, Geschäftsführer des Projektträgers PERSEO Biotechnology(öffnet in neuem Fenster).
Modular konzipierte Bioraffinerie
Das Herzstück von URBIOFIN ist eine Bioraffinerie, die aus drei zusammenhängenden Modulen besteht. Im ersten Modul werden die organischen Reststoffe zu Bioethanol und Bioethylen aufbereitet. Ein Nebenprodukt der Bioethanolproduktion, die sogenannte Vinasse(öffnet in neuem Fenster), wird dann zusammen mit anderen organischen Reststoffen im zweiten Modul zu natürlichen Polyestern bzw. Polyhydroxyalkanoaten(öffnet in neuem Fenster) (PHA) umgewandelt, die aus flüchtigen Fettsäuren(öffnet in neuem Fenster) bestehen. Daraus wiederum lassen sich biopolymerbasierte Verbrauchsgüter erzeugen. Das dritte Modul bereitet das im zweiten Modul gewonnene Biogas zu Biomethan oder PHA-Biomasse auf. Die Mikroalgen werden mittels Hydrolyse(öffnet in neuem Fenster) aufgespalten und sind dann als aminosäurereicher Flüssigdünger verwendbar. Aus dem Gärrest entsteht trockener, fester Biodünger in Granulatform.
Test der Module
Das Konzept der Bioraffinerie wurde zunächst im Labor- und Pilotmaßstab und dann im halbindustriellen Maßstab an drei Standorten in Spanien demonstriert. Modul eins wurde in der Anlage von PERSEO Biotechnology (L’Alcudia, Valencia) und Module zwei und drei teilweise im Innovationszentrum von Urbaser(öffnet in neuem Fenster) in Zaragoza getestet. Die Umwandlung zu PHA erfolgte in der Bioraffinerie Webseite in spanischer Sprache(öffnet in neuem Fenster) (Puertollano). „Durch Optimierung der Produktion von Bioethanol aus organischen Reststoffen konnten wie die Betriebskosten erheblich senken und demonstrierten im halbindustriellen Maßstab die katalytische Umwandlung von Bioethanol zu Bioethylen“, ergänzt Coll. Schließlich wurden organische Reststoffe mittels zweistufiger anaerober Vergärung in flüchtige Fettsäuren zur Gewinnung von PHA-Biopolymeren umgewandelt, aus denen die Projektgruppe Tüten, Verpackungsmaterial und Folien herstellen ließ (die in der Landwirtschaft für den Bau von Treibhäusern Verwendung finden). Zudem wurde das aus den Reststoffen gewonnene Biogas mithilfe der Mikroalgentechnologie in Biomethan und die im Mikroalgenprozess anfallenden Nebenprodukte in trockenes Granulat und Flüssigdünger umgewandelt.
Ökologischer Beitrag zur europäischen Kreislaufwirtschaft
URBIOFIN unterstützt damit direkt die neue europäische Abfallrahmenrichtlinie(öffnet in neuem Fenster) der EU, indem es die Verwertung von Siedlungsabfällen vereinfacht. So müssen weniger Reststoffe auf Deponien und in Verbrennungsanlagen entsorgt werden, was auch dem Grünen Deal(öffnet in neuem Fenster) der EU entspricht. Im weiteren Sinne befördert die Erzeugung neuer biobasierter Produkte aus organischen Reststoffen die Umstellung auf die Kreislaufwirtschaft. Im nächsten Schritt treibt die Arbeitsgruppe nun die Hochskalierung der städtischen Bioraffinerieanlage auf (erstmals) industrielles Niveau voran. „Da unsere Bioraffinerie in Module gegliedert ist, lässt sie sich in vollem oder teilweisem Umfang nachbauen. So hat potenzielle Kundschaft bereits Interesse an dieser Alternative zur bisherigen Aufbereitung mittels Vergärung oder Kompostierung gezeigt“, schließt Coll.
