Geht es nach Andrea Kruse, so hätte jeder Landwirt seine eigene Bioraffinerie auf dem Hof. Anfallende Reststoffe wie Gras, Stroh oder Holz würden gleich vor Ort in einer Minianlage in ihre Bestandteile zerlegt und in neue Produkte wie Plattformchemikalien umgewandelt. Die Idee der Hohenheimer Chemikerin ist keinesfalls Utopie. Auf dem Gelände der Versuchsstation der Universität Hohenheim am Unteren Lindenhof wurde eine solche On-Farm-Anlage Ende Oktober eingeweiht. „Wie brauchen noch etwa drei Jahre bis alle Kinderkrankheiten auskuriert sind. Im optimalen Fall haben wir nach vier Jahren eine Demoanlage“, berichtet die Forscherin voller Stolz. Seit 2012 ist die gebürtige Braunschweigerin Professorin an der Universität Hohenheim und leitet die Studiengänge „Nachwachsende Rohstoffe und Bioenergie“.

Kruses Vision einer Bioraffinerie auf dem Bauernhof brauchte viele Jahre, um Gestalt anzunehmen - ebenso ihre Entscheidung, Chemie zu studieren. Als Tochter einer Chemielaborantin und eines technischen Chemikers wollte sie anfangs keinesfalls in die Fußstapfen der Eltern treten. „Ich wollte nicht das machen, was mein Vater macht. Es ist aber dann doch erschreckend ähnlich geworden“, gibt Kruse schmunzelnd zu.

Frühe Begeisterung für Natur- und Ingenieurswissenschaften

Ihre Begeisterung für die Natur- und Ingenieurswissenschaften ließ sie bis zum Abitur zwischen Physik und Chemie schwanken. Der geschickte Schachzug eines Lehrers, der Kruse in beiden Fächern unterrichtete, stellte schließlich die Weichen bei der Berufswahl. „Ich stand damals in beiden Fächern gleich, und er hat mir in Chemie die schlechtere Note gegeben. Er war der Meinung, dass ich mich in Chemie noch ein bisschen anstrengen kann. Das war ganz schön raffiniert.“

Von 1984 bis 1991 studierte Kruse an der Universität Heidelberg Chemie, wo sie anschließend auch promovierte. Den praktischen Teil der Doktorarbeit absolvierte sie jedoch am Forschungszentrum (FZ) Karlsruhe, dem heutigen Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Am FZ wurden dann sowohl der Grundstein für ihre Forschungsarbeit zur Biomasse gelegt als auch die Weichen in Richtung chemische Verfahrenstechnik gestellt. „Ich wollte immer etwas machen, was man hinterher auch anwenden kann und das nützlich ist“, erinnert sich Kruse. Im Zusammenhang mit der Erzeugung von Wasserstoff untersuchte sie damals unter anderem Gärstoffe wie Trester, die bei der Bierherstellung anfallen. In dem Chemiker Herbert Vogel fand die Doktorandin einen Mentor, der ihre „Ingenieursseite“ belebte und so ihre Karriere maßgeblich prägte.

Anwendungsorientierte Forschung zur Biomasse

So war es naheliegend, dass Kruse nach ihrer erfolgreichen Doktorarbeit 1994 zunächst am Forschungszentrum blieb, um als Nachwuchsgruppenleiterin und spätere Gruppenleiterin ihre anwendungsorientierte Forschung zur Biomasse voranzutreiben. „Wir wollten schon damals Biomassen umwandeln. Aber wir wussten auch, dass sie unterschiedlich sind. Deshalb mussten wir wissen, wie sich die verschiedenen Komponenten der Biomasse auswirken.“

Babybrei als Modellbiomasse etabliert

Kruse wollte den Prozess der Biomasseumwandlung verstehen, um ihn optimieren zu können. Dafür musste sie zunächst eine Modellbiomasse finden, die sich als Referenz für ihre Forschung eignen würde. Das war leichter gesagt als getan: „Ich brauchte eine Biomasse, die immer die gleiche Zusammensetzung hat. Im Supermarkt habe ich dann einen Babybrei gefunden - Kartoffel-Karotte-Geschmack. Der zeigte von Charge zu Charge keine Veränderung in der Zusammensetzung“, berichtet Kruse. Dass sie als Akademikerin mit Babybrei forschte, sorgte vor allem bei den männlichen Kollegen anfangs für Lästerei. Doch der Erfolg gab ihr recht. „Ich habe den Babybrei immer als Referenz benutzt und andere Biomassen damit verglichen, um die unterschiedliche Zusammensetzung einordnen zu können. So fand ich heraus, dass die Salze in der Biomasse einen großen Einfluss auf die Wasserstoffbildung haben“, erklärt Kruse.

Basischemikalien aus pflanzlicher Biomasse

Zu wissen, welche Komponenten bei der Biomasse zusammenspielen und welchen Einfluss sie haben – das ist ein Erfahrungsschatz, von dem die Hohenheimer Professorin auch bei der Umsetzung ihrer Vision einer Mini-Bioraffinerie profitiert. Seit ihrem Wechsel 2012 an die Universität Hohenheim widmet sie sich dem, was sie immer machen wollte: der Entwicklung neuer technischer Verfahren zur praktischen Biomassenutzung. Nunmehr sind es die beliebte Salatpflanze Chicorée und das in China beheimatete Schilfgras Miscanthus, die Kruse als pflanzliche Ausgangsstoffe nutzt, um daraus neue Basischemikalien wie Hydroxymethylfurfural (HMF), Phenole oder Furfurale herzustellen. HMF kann beispielsweise zur Herstellung von Plastikflaschen, Nylonstrümpfen oder Autositzen genutzt werden. Kruses Wunsch: „Ich möchte diese Verfahren in der Anwendung sehen.“ Zum Teil ist dieser Wunsch bereits in Erfüllung gegangen: HMF wird von der Schweizer AVA- Biochem GmbH in geringen Mengen hergestellt.

Bioraffinerien nach dem Lego-Prinzip bauen

Kruses Vision einer On-Farm-Bioraffinerie bekam jedoch erst in Hohenheim den nötigen Impuls für die Umsetzung. Dort ließ sie sich von den Agrartechnikern und deren Prinzip, Landmaschinen zu bauen, inspirieren: „Wenn man sich eine Landmaschine anschaut, egal ob Mähdrescher oder Rübenroder: Das Innenleben ist immer gleich, nur die Aufbauten sind verschieden. Auf diese Weise können auch Bioraffinerien wie beim Lego angepasst und diese Legosteine in größeren Mengen produziert werden“, so Kruse.

Die On-Farm-Anlage besteht demnach aus mehreren Modulen. Einige davon sind wie Legosteine austauschbar, andere sind immer gleich, wie der Motor einer Landmaschine. Eine Großproduktion der Module würde die Anlage für Landwirte bezahlbar machen und so für landwirtschaftliche Betriebe eine neue Einnahmequelle auftun. „Ich habe überhaupt keine Bedenken, dass es in der Praxis ankommt. Die Reaktionen der Landwirte sind überwiegend positiv.“ Mit dem Bioraffinerie-Technikum will Kruse beweisen, dass diese Anlage nicht nur eine, sondern gleich mehrerer Plattformchemikalien aus Biomasse gewinnen kann. Gegenwärtig testet die Chemikerin, inwiefern Altbackwaren und Weidegras als Ausgangsstoff für neue Plattformchemikalien geeignet sind.

Autorin: Beatrix Boldt