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12.11.2020

Forschung für bioökonomische Wertschöpfung

Neue biobasierte und nachhaltige Forschungsansätze schnell und effizient in eine wirtschaftliche Umsetzung bringen – das wollen 15 Innovationslabore aus unterschiedlichen Disziplinen im Verbundprojekt BioökonomieREVIER_INNO.

Anlage zum Upcycling von biogenen Reststoffen an der RWTH Aachen.
Quelle: 
Aachener Verfah-renstechnik, RWTH Aachen

Der Kohleausstieg ist beschlossen. Bis spätestens Ende 2038 soll in Deutschland keine Braunkohle mehr verstromt werden. Nicht nur die Energiewende ist in diesem Zusammenhang eine große Her-ausforderung, sondern auch der Strukturwandel in den vom Kohleausstieg betroffenen Regionen. Dieser Wandel soll aktiv gestaltet und genutzt werden, um die Wirtschaft zukunftsfähig und nach-haltig auszurichten. Im Rheinischen Revier entsteht hierzu eine Modellregion für Bioökonomie. In dieser werden Konzepte für biobasierte Produkte, eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft und die erneuerbare Energiegewinnung erstellt. Die Innovationslabore sind dabei ein wichtiger Bau-stein. In Real-Laboren sollen Forschungsansätze erprobt werden, die sehr gute wirtschaftliche Um-setzungsmöglichkeiten versprechen. Landwirte und Vertreter aus der Industrie können die nachhal-tigen Innovationen direkt vor Ort testen. Wir stellen die beiden Innovationslabore „E-HyBio“ und „UpRePP“ beispielhaft vor.

Weniger Abfallprodukte und Wasserverbrauch durch elektrohybride Trenntechnik

Das Akronym „E-HyBio“ steht für das Innovationslabor „Elektrohybride Trennverfahren für eine emissionsarme Bioökonomie“. Forschende an der RWTH Aachen arbeiten hier an einem Prototyp zur Aufarbeitung biotechnologisch hergestellter Carbonsäuren. Als Plattformchemikalien sind diese Grundlage unter anderem für Polymilchsäure, mit deren Hilfe beispielsweise Joghurtbecher herge-stellt werden. Bei der biotechnologischen Erzeugung von Carbonsäuren können Mikroorganismen für die industrielle Bioökonomie genutzt werden.

Der Prototyp, an dem die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Lehrstuhls für Fluidverfah-renstechnik von Andreas Jupke arbeiten, verringert durch den Einsatz elektrochemischer Verfahren die Salz-Abfallströme und den daraus resultierenden Wasserverbrauch, welche aktuell bei der Pro-duktion von Carbonsäuren entstehen. Perspektivisch ist dies für industrielle Anwendungen von gro-ßer Bedeutung. „Aktuell ist der Markt für biotechnologisch hergestellte Carbonsäure noch klein“, sagt Christian Kocks, Mitarbeiter von Jupke. Er zeigt aber auch die Notwendigkeit der Forschung auf: „Die Entsorgung von Neutralsalzen in Oberflächengewässern wie Flüssen oder Seen wird im-mer schwieriger. Die Salzkonzentration kann hier die zulässigen Grenzwerte überschreiten. In hei-ßen Sommern wie 2018 drohen dann Betriebsstopps, um eine zu große Gewässerbelastung zu ver-meiden. Das Feedback der Industrie ist daher sehr positiv. Besonders die Vermeidung von Salzemissionen ist ein aktuelles Thema.“ Somit hilft das elektrohybride Trennverfahren Unterneh-men auch bei ihrer Risikoprävention.

Reststoffe als Grundlage neuer Geschäftsmodelle

Der Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik der RWTH Aachen ist auch am Innovationslabor „Upcyc-ling regionaler Reststoffe zur Produktion von Plattformchemikalien“ (UpRePP) beteiligt. Zusam-men mit den Lehrstühlen für Bioverfahrenstechnik und Systemverfahrenstechnik der RWTH Aachen sowie dem Institut für Bio- und Geowissenschaften des Forschungszentrums Jülich wird daran gearbeitet, Reststoffe aus der Lebensmittelindustrie in Bioraffinerien zu nutzen. Dadurch sol-len neue Wertschöpfungsmöglichkeiten für Unternehmen im Rheinischen Revier entstehen.

Aus Reststoffen, die zum Beispiel bei der Herstellung von Zucker aus Zuckerrüben oder von fär-benden Lebensmitteln entstehen, lassen sich mithilfe der Biotechnologie Komponenten für Endpro-dukte der Medizin- und Pharmaindustrie wie etwa Hydrogele zum Einsatz in Wundverbänden er-zeugen. Allerdings gelingt nur bei wenigen Prozessen der Transfer in die Industrie, die meisten Ver-fahren existieren derzeit nur im Labormaßstab. Das soll sich im Innovationslabor UpRePP ändern. Zum aktuellen Entwicklungsstand sagt die Wissenschaftlerin und Projektmitarbeiterin Katharina Saur: „Momentan führen wir die Versuche noch im Labormaßstab durch, das Scale-up in die Bio-raffinerie ist für Ende des Jahres geplant. Dadurch können wir dann eine aussagekräftige techno-ökonomische Bewertung durchführen und einen beispielhaften Business Case für die Verwertung von Reststoffströmen schaffen.“

Quelle: 
Forschungszentrum Jülich/BioökonomieREVIER

Wertschöpfungsnetzwerk von den Reststoffen bis zu den Produkten

Im Innovationslabor UpRePP werden natur- und ingenieurswissenschaftliche Vorgehensweisen mit-einander kombiniert. Die so entstehenden Lösungen erleichtern die Übertragung der Idee in die be-triebliche Praxis. Unternehmen aus der Lebensmittelindustrie erlaubt das, neue Geschäftsmodelle auf Grundlage eigener Reststoffe umzusetzen. Einige Unternehmen arbeiten bereits aktiv im Inno-vationslabor mit. Sie können dadurch Ressourcen über mehrere Wertschöpfungsstufen im Sinne ei-ner Kaskadenwirtschaft nutzen. Eine solche effiziente Nutzung ist für ein nachhaltiges Wirtschafts-system wichtig. Dessen Gestaltung wird in den Innovationslaboren der Modellregion Bioökonomie des Rheinischen Reviers erprobt.

Wissenstransfer von der Forschung zur Wertschöpfung

Die aktuell 15 Innovationslabore der Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier bauen auf den bereits vorhandenen Stärken der Region in der Land- und Ernährungswirtschaft, der Chemie- und Kunststoffindustrie und der ausgeprägten bioökonomischen Forschung auf. Die Labore decken ein weites Spektrum an Forschungsvorhaben ab und zeigen damit die ganze Breite der Bioökono-mie. Diese erstreckt sich in den Projekten von der Biotechnologie und Kunststoffwirtschaft über die integrierte Bioraffinerie bis zur innovativen Landwirtschaft.

Die Innovationslabore wollen dabei mehr erreichen als wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn. Sie verfolgen Forschungsansätze, die sehr gute wirtschaftliche Umsetzungsmöglichkeiten versprechen. Erkenntnisse sollen schnell Wertschöpfung generieren und damit Arbeitsplätze sichern und schaf-fen. Exemplarisch wird in den Innovationslaboren gezeigt, wie eine enge Zusammenarbeit und Ver-zahnung von Wissenschaft und Wirtschaft aussehen kann. Dies erlaubt Landwirten, Start-ups und regionalen Unternehmen, Erkenntnisse direkt vor Ort praktisch zu testen. Neben der Realisierung konkreter Projekte findet so ein wechselseitiger Wissenstransfer statt. Unternehmen können von ak-tuellen Forschungen profitiere. Die Forschung wird wiederum um wertvolle Praxiserfahrung bereichert.

Förderung einer Modellregion für zukünftiges Wirtschaften

Das Bundesforschungsministerium fördert die Innovationslabore im Rahmen des Verbundprojektes BioökonomieREVIER_INNO. Es ist Teil des im April 2019 beschlossenen Sofortprogramms zur Unterstützung und Gestaltung des Strukturwandels in den Braunkohlerevieren. Das Projekt ist dabei eng verzahnt mit dem Vorhaben BioökonomieREVIER_KOM. Dieses koordiniert die Aktivitäten in der Modellregion Bioökonomie im Rheinischen Revier und verfolgt das Ziel einer möglichst umfas-senden Einbindung und Vernetzung aller bioökonomischer Akteure sowie der Zivilgesellschaft im

Rheinischen Revier. Gemeinsam soll die Modellregion gestaltet werden und als Beispiel dafür die-nen, wie zukünftiges Wirtschaften aussehen kann: ressourceneffizient, aufbauend auf nachwachsen-den Rohstoffen und erneuerbaren Energien, mit starker regionaler Wertschöpfung und zukunftsfähi-gen und qualitativen Arbeitsplätzen.

Autor: Immanuel Zitzmann

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