Transformation brasilianischer Biorestmassen zu umschlagsfähigen Stoff- und Energieträgern

Aus Biorestmassen wird Energie

Die in der Land- und Veredelungswirtschaft sowie der Bioenergieproduktion anfallenden Biorestmassen werden bisher zumeist als reine Abfallstoffe behandelt, obwohl in diesen Stoffen große Potentiale zur energetischen und wirtschaftlichen Nutzung liegen. Diese Potentiale gilt es – insbesondere vor den Herausforderungen des Klimawandels – näher zu erforschen und nutzbar zu machen.

Ziel des deutsch-brasilianischen Projekts TRABBIO ist die Entwicklung von Verfahren und Maßnahmen zur Etablierung von Biorestmassen aus Zuckerrohranbau und -verwertung als nachhaltiges und umschlagsfähiges Biokoks-Produkt für unterschiedliche Anwendungen. Die Einsatzmöglichkeiten dieser Biokokse liegen sowohl in der stofflichen Nutzung innerhalb der Grundstoffindustrie als auch in der CO2-neutralen Substitution von Energieträgern. So untersucht TRABBIO u.a. den Einsatz der Biokokse als Eingangsstoff in der chemischen Grundstoffindustrie zur Herstellung von Polymeren, die aktuell durch Vergasung von fossilem Petrolkoks gewonnen werden. Zudem untersucht das Projekt Verwertungspfade des Biokoks als Aktivkohle oder Bodenverbesserer.

Im Rahmen von TRABBIO sollen biogene Energieträger sowohl als umschlagsfähige Güter gewonnen, als auch für weitere Anwendungen konditioniert werden. Grundsätzlich ist eine solche Verfahrensweise für beispielsweise fossile Einsatzstoffe untersucht bzw. etabliert. Die Innovation von TRABBIO besteht jedoch in der ganzheitlichen Erforschung und Weiterentwicklung für die anfallenden Biorestmassen aus der Zuckerrohrernte und der sich anschließenden Raffination sowie deren Stabilisierung als ein umschlagsfähiges Produkt. Hierfür existieren bisher keine stabilen ganzheitlichen Verfahren. Die Entwicklungen der einzelnen Schritte in der Prozesskette sind risikobehaftet und erfordern weitere Forschungsarbeiten.

Entwicklung ganzheitlicher Verfahren

Im Rahmen aktueller Erntetechnik gelangen Bodenpartikel wie Sand oder eisenhaltige Böden in den gesamten Ernte-, Verarbeitungs- und Verwertungsprozess. Dies verursacht eine erhebliche Qualitätsminderung des Biomasserohstoffes sowie einen gesteigerten Verschleiß aller Maschinen. Deshalb ist ein weiterer zentraler Untersuchungsgegenstand von TRABBIO die gesamte Erntetechnik sowie die Sammlung und ressourceneffiziente Nutzung der auf den Feldern verbleibenden Zuckerrohrblätter und -spitzen. Einerseits verhindern diese Biorestmassen die Bodenaustrocknung und sorgen für eine natürliche Düngung des Bodens. Doch andererseits verhindert am Boden liegende Biorestmasse, dass die Zuckerrohrpflanzen erneut ausschlagen und wachsen können. In der Folge kommt es zu Erntebeeinträchtigungen. Im Vorhaben gilt es innovative und an die jeweilige Region angepasste Voll- bzw. Teilerntekonzepte zu entwickeln, die einerseits eine Bodenaustrocknung verhindern, andererseits jedoch nicht zu Ernteausfällen führen. Dabei soll die Verschmutzung der Restmassen verhindert und ein Konzept für eine Vorkonditionierung erarbeitet werden. Für die sich anschließende Verkokung der Restmassen werden verschiedene Parameter untersucht und eingestellt, um einen maximalen Output sicherzustellen.

Das detaillierte Wissen über die Stoffflüsse entlang der Wertschöpfungsketten ist unverzichtbar für die Entwicklung von integrierten nachhaltigen Technologien. Dazu gehört auch ein ganzheitliches Landmanagement inklusive Ertragsmanagement sowohl für die Produkte Zucker/Ethanol als auch für die Biorestmasse. Des Weiteren müssen Ernte- und Verarbeitungstechniken ebenso wie an den neu entstehenden Stoffstrom Biokoks angepasste Logistik- und Kooperationsmodelle für einen ganzheitlichen Ansatz mitbetrachtet und entwickelt werden. Dies trägt dazu bei, einerseits die Ressourceneffizienz zu optimieren und andererseits das Ökosystem durch Minimierung negativer Effekte zu schützen.

Nachhaltigkeit trifft Wirtschaftlichkeit

Um die industrielle Anschlussfähigkeit sicherzustellen, soll die Verfahrensentwicklung im Forschungsvorhaben bereits ein Scale-up mit industriellen Versuchen enthalten. Dadurch werden sowohl signifikante Reduktion von klimaschädlichen Gasemissionen, eine erstmalige Nutzbarmachung von bisher nicht verwerteten biogenen Stoffströmen sowie der optimierte Einsatz der Biorestmassen durch eine zeitliche und räumliche Entkoppelung von Anfall und Nutzung durch Produktion eines umschlag- und lagerfähigen stabilen Handlungsgutes hoher Stoff- bzw. Energiedichte verfolgt. TRABBIO leistet damit nicht nur einen wichtigen Beitrag zur Nutzung der großen Potentiale von Biorestmassen, sondern bietet auch Ansätze zur Entwicklung neuer, nachhaltiger Wertschöpfungsketten in Landwirtschaft und Rohstoffindustrie. Diese Verbindung von Ökonomie und Ökologie gewinnt vor dem Hintergrund des Klimawandels und seiner Folgen signifikant an Bedeutung.