Rund 9 Millionen Tonnen Altholz fallen in Deutschland jedes Jahr an. Oft belastet mit Farben oder Chemikalien und kaum recycelbar. Am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik in Stuttgart arbeiten die Ingenieurin Ursula Schließmann und ihr Team daran, aus Altholz Wasserstoff zu gewinnen. Selbst die problematischen Reststoffe sollen in einen geschlossenen Kreislauf zurückgeführt werden. Der Name des Projekts: H2Wood Black Forest.

Die Entstehungsgeschichte war eigentlich auf der einen Seite möglichst viele Reststoffe, die momentan eher über die Verbrennung in Richtung Energienutzung gehen, einzusetzen. Das ist ein großes Gebiet. Wir haben viele holzverarbeitende Betriebe, sowas wie Möbelindustrie, Küchen etc., die Althölzer zurückbekommen.

Das stark behandelte Altholz wird zunächst so vorbereitet, dass es in jedem weiteren Schritt des Prozesses optimal weiterverarbeitet werden kann. Nachdem die Holzabfälle sortiert und zerkleinert sind, werden sie in ihre Bestandteile fraktioniert und die Stärkemoleküle aus den Zellen freigesetzt. Über Stärkeverzuckerung wird die Zellulose in einfache Zucker aufgespalten. Mithilfe von Bakterien oder Algen wird über Fermentation Biowasserstoff gewonnen. Zusätzlich produzieren die Algen wertvolle Produkte aus CO2, das beim Stoffwechsel der Bakterien frei wird. Damit dieser Weg vom Holz bis zum Wasserstoff funktioniert. Lohnt sich ein genauer Blick auf das Ausgangsmaterial, denn nicht jedes Stück Holz ist gleich. 

Auf der anderen Seite nehmen wir natürlich so was wie Metalle raus oder eben auch klar zu trennende Kunststoffe. Aber alles, was in so einem Verbundmaterial, also in einer Spanplatte zum Beispiel, drin ist, da habe ich Kleber, da habe ich Bindemittel drin, die kann ich letztendlich schwer abtrennen. Aber ich mache eben auch einen bestimmten Aufschluss des Holzes, das heißt, es passiert so was wie eine Kochung mit unterschiedlichen Parametern.

Durch die Kochung des Altholzes werden die chemischen Störstoffe abgetrennt und Hemizellulose und Lignin extrahiert. Es entsteht eine zellulosereiche Faserfraktion. Sie kann durch enzymatische Hydrolyse in Glukose aufgespalten werden. Die gewonnene Zuckerlösung wird im Rotationsverdampfer eingedickt, bis ein sirupartiges Konzentrat entsteht, das zur Fermentation in einen Bioreaktor kommt. Im Bioreaktor werden besondere Bakterien kultiviert. Die Clostridien. Sie wachsen unter Ausschluss von Sauerstoff heran, wobei ihnen die Zucker aus dem Holz als Nahrung dienen. Bei ihrer Zellatmung entstehen das Zielprodukt Wasserstoff sowie organische Säuren und CO2 als Abfallprodukt. Das CO2 wird aus dem Gasgemisch abgetrennt und in einen Photobioreaktor geleitet. Dort wachsen Mikroalgen der Gattung Chlorella, die das Kohlenstoffdioxid für ihre Photosynthese nutzen und so binden. Die Algen synthetisieren daraus Speicherstoffe wie Säuren oder farbige Pigmente wie Carotinoide, die als Koppelprodukte für verschiedene Industriebranchen dienen. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Automatisierung.

Hier sind wir in der Lage, durch die Anwendung von maschinellem Lernen, also einem KI-Tool, tatsächlich die Produktivität um das Doppelte zu steigern wenn wir das über so eine KI Mustererkennung machen, anstelle einer klassischen Modellierung. 

Die Mikroalgen können aber noch mehr. Unter Ausschluss von Sauerstoff betreiben sie in einem speziell entwickelten Reaktor direkte Photolyse. Dabei wird das Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff gespalten und das H2 als Energieträger gespeichert. Mit dem von Algen und Bakterien erzeugten Wasserstoff könnten schon bald dezentral kleine Kommunen und Unternehmen versorgt werden. Während sich aus dem CO2 effektiv wertvolle Rohstoffe gewinnen lassen.

Also der größte Wunsch ist natürlich immer für den angewandten Forscher, dass das Ganze in die Industrie umgesetzt wird. Deshalb werden wir im Laufe des Projektes auch die ganzen Technikumgsanlagen, die wir jetzt hier haben, in einer entsprechend großen Ausführung an Ort und Stelle bei einem Altholzlieferanten unterbringen und dort demonstrativ laufen lassen. So wird aus bisher scheinbar wertlosen Holzabfall ein Baustein für eine nachhaltige Energie und Rohstoffversorgung. Ein Schritt hin zu einer Zukunft, in der Kreisläufe nicht die Ausnahme, sondern die Regel sind.