Die biobasierte Herstellung durch Biomasserückstände voranbringen
Eine Kreislaufwirtschaft erfordert nicht nur erneuerbare Rohstoffe, sondern auch den Ersatz von gefährlichen Stoffen, die in den heutigen Materialien enthalten sind. Das EU-finanzierte Projekt NewWave(öffnet in neuem Fenster) hatte das Ziel, nachhaltige, biobasierte Rohstoffe in mehrere Produktionslinien einzuführen, um giftige und auf fossilen Stoffen basierende Chemikalien direkt zu ersetzen. Ausgehend von Biomasserückständen kombiniert das Projekt Umwandlungs-, Produktentwicklungs- und Recyclingstrategien, um die Umweltauswirkungen über komplette Wertschöpfungsketten zu reduzieren. Der Ansatz von NewWave basiert auf der thermochemischen Fraktionierung (TCF). „TCF ist eine einzigartige Technologie, die Biomasse freisetzt und für die Herstellung von grünen chemischen Stoffen und Produkten verfügbar macht, ohne dass Chemikalien oder Enzyme zugesetzt werden müssen“, erklärt Bert Van de Beld, Koordinator des NewWave-Projekts. Der erste Schritt dieses Verfahrens ist die Flashpyrolyse, bei der Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff schnell erhitzt wird, um Flashpyrolyse-Bioöl (FPBO) zu erzeugen. Im zweiten Schritt wird das FPBO auf Basis seiner chemischen Funktionalität fraktioniert, wobei eine reaktive Ligninfraktion – ein natürliches Polymer, das in Holz vorkommt – und eine zuckerreiche Fraktion – die als Vorläufer für die Herstellung von Polymeren und Lösungsmitteln verwendet wird – entstehen.
Fossile und giftige Chemikalien ersetzen
NewWave hat diese Fraktionen auf mehrere Produktionslinien übertragen, darunter Holzwerkstoffplatten, Biopolyole für Polyurethananwendungen, Chemikalien auf Furanbasis – die als Alternative zu Kunststoffen, Lösungsmitteln und Harzen verwendet werden – und neuartige modifizierte Holzprodukte. Diese Linien befassen sich mit technischen und Marktanforderungen und bauen auf früheren EU-Forschungsarbeiten auf, darunter Projekt Bio4Products. Eine wichtige Innovation war die Substitution von Phenol und Formaldehyd in Holzklebstoffen. „Wir haben unter Verwendung von pyrolytischem Lignin erfolgreich MDF- und Sperrholzharze entwickelt und erprobt, um den hohen Phenolgehalt zu ersetzen“, sagt Van de Beld. NewWave synthetisierte zudem ein Sperrholzharz, bei dem Formaldehyd vollständig durch HMF – eine organische Verbindung, die bei der Dehydratisierung von reduzierenden Zuckern entsteht –ersetzt wird. Parallel dazu wurde über das Projekt eine neue Klasse von biobasierten modifizierten Holzwerkstoffen für den Bausektor entwickelt. „Sie sollen herkömmliche giftige oder fossile Schutzmittel wie Kupfersalze, organische Biozide und Kreosot ersetzen“, erklärt der Projektkoordinator. Labortests zeigten, dass das neue modifizierte Holz „giftige Schutzmittel überflüssig macht und dennoch die Dauerhaftigkeitsklasse 2 gegen Braunfäule, Weißfäule und Schimmelpilze erreicht.“
Wasser und Energie in der Kreislaufproduktion zurückgewinnen
Die Abwasseraufbereitung und Wasserwiederverwendung sind integrale Bestandteile der im Wesentlichen abfallfreien Produktionsverfahren von NewWave. Die während der TCF und den nachgeschalteten Produktionslinien entstehenden Abwasserströme werden mit maßgeschneiderten Kombinationen aus biologischen und physikalisch-chemischen Verfahren aufbereitet. Dies ermöglicht ein Wasserrecycling innerhalb des Verfahrens wie auch eine Energierückgewinnung. Ein wichtiges Ergebnis war die Umwandlung von hochkonzentrierten Industrieabwässern in eine wertvolle Biogasquelle mit hohem Methangehalt, die durch eine optimierte Nährstoff- und Spurenelementdosierung für diese spezifischen Ströme unterstützt wurde. „Unseres Wissens nach liefern die von uns erstellten Daten neuartige Erkenntnisse, und es gibt keine Veröffentlichungen, die eine derart hocheffiziente Umwandlung von Industrieabwässern in Biogas demonstrieren“, bemerkt Van de Beld. Die meisten der im Rahmen des Projekts entwickelten Technologien weisen ein hohes technisches Potenzial auf, während sich mehrere Produkte bereits dem Reifegrad für den Pilotmaßstab nähern. Die TCF soll in den nächsten Jahren kommerziell verfügbar sein, und eine neuartige FPBO-Fraktionierungsanlage wird voraussichtlich 2027 in den Niederlanden in Betrieb genommen werden. NewWave hat durch die Erforschung neuer, technologieübergreifender Wege die Weiterentwicklung biobasierter Materialien ermöglicht. „Das Konsortium kann nun auf ein solideres strategisches Fundament bauen, und verstehen, welche Märkte ein echter Magnet für nachhaltige Materialien sind und welche Bedingungen für die Kommerzialisierung erforderlich sind“, lautet das Fazit von Van de Beld.
