In der holzverarbeitenden Industrie fallen große Mengen Holzabfälle an, die bisher entweder kostenintensiv entsorgt oder energetisch genutzt werden. So darf mit Holzschutzmitteln behandeltes Altholz derzeit nur in speziellen Großkraftwerken verbrannt werden, da die Abluft von den gesundheitsschädlichen Substanzen gereinigt werden muss. Im Projekt „H2Wood – BlackForest“ haben Fraunhofer-Forschende und ihre Partner für die stark von Holzverarbeitung geprägte Region Schwarzwald nun gezielt nach alternativen Nutzungsmöglichkeiten für Holzabfälle gesucht. 

Biowasserstoffproduktion aus Holzabfällen

Im Fokus stand die Nutzung von regionalem Rest- und Altholz zur biotechnologischen Erzeugung von grünem Wasserstoff und anderen biobasierten Stoffen wie Lignin oder Carotinoide. Dafür wurden in dem seit 2021 laufenden Projekt eigens zwei miteinander verknüpfte Fermentationsverfahren mit wasserstoffproduzierenden Bakterien und Mikroalgen etabliert.

Lignin als Koppelprodukt gewonnen

Holzabfälle wie alte Paletten oder Gartenzäune wurden hierfür zunächst in einem Ethanol-Wasser-Gemisch unter hohem Druck in ihre Grundbestandteile wie Lignin, Cellulose und Hemicellulose zerlegt. Außerdem wurden Störstoffe aus Klebstoffen und Lacken von den Holzfasern getrennt. „Bei der Fraktionierung des Holzes werden die Holzfasern von Lignin befreit, das neben Cellulose und Hemicellulose 20 % bis 30 % der Holzzellwandsubstanz bildet. Dieses Lignin, als eines der Koppelprodukte, ist vielseitig einsetzbar – etwa in Verbundwerkstoffen. Ein Anwendungsbeispiel sind Verschalungen im Auto“, sagt Ursula Schließmann, Projektkoordinatorin und stellvertretende Institutsleiterin am Fraunhofer IGB in Stuttgart.

CO₂ als Nahrungsquelle für Bakterien und Mikroalgen

Die in der Holzfaserfraktion enthaltene Cellulose wurde den Forschenden zufolge dann in einzelne Zuckermoleküle wie Glucose gespalten. Mit der Glucose wurden dann Bakterien im Fermenter gefüttert, wo diese Wasserstoff und CO₂ produzierten. Das aus dem Gasgemisch abgetrennte Kohlendioxid wurde den Forschenden zufolge wiederum genutzt, um Mikroalgen im Photobioreaktor zu vermehren.

„Die Stoffwechselprodukte der Bakterien, also der vermeintliche Abfallstrom CO₂, stellt also die Nahrung für die Mikroalgen dar und geht nicht als schädliches Klimagas in die Abluft“, erklärt die Projektkoordinatorin. „Die Mikroalgen synthetisieren daraus unter Lichteinfluss Carotinoide beziehungsweise Pigmente als weitere, von unterschiedlichen Industriebranchen verwertbare Koppelprodukte“. In einem weiteren Schritt seien die Mikroalgen in einen speziell dafür entwickelten Reaktor überführt worden, in dem sie mittels direkter Photolyse Wasserstoff freisetzen, heißt es.