Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

ERA-WoodWisdom: Kontrollierte Trenn- und Konversionsprozesse für Hemicellulosen (COSEPA)

Anschrift
Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für Agrartechnologie und Biosystemtechnik - Abt. Agrartechnologie
38116 Braunschweig
Bundesallee 47
Kontakt
Dr. Ulf Prüße
Tel: +49 531 596-4270
E-Mail: ulf.pruesse@thuenen.de
FKZ
22002314
Anfang
01.05.2014
Ende
30.04.2017
Aufgabenbeschreibung
In diesem Projekt wurden Konzepte für die Umwandlung von Holz in hochwertige Produkte genauer untersucht. Hierzu wurden die verschiedenen Stufen entlang der Wertschöpfungskette bearbeitet: 1. Untersuchung zu wenig genutzter Rohstoffströme, entweder Teile aus Holz die nicht effizient genutzt werden, z. B. Ernterückstände, Hackschnitzel-Reste, Hartholz. 2. Entwicklung eines neuen, alternativen Wegs zur Trennung und Fraktionierung der Holz-Hemicellulosen. 3. Entwicklung neuer Wege, um Hemicellulosen mittels biotechnischer und chemisch-katalytischer Verfahren zu Plattformchemikalien (2,3-Butandiol, Maleinsäure) umzuwandeln (Arbeitsschwerpunkt der deutschen Partner). 4. Identifizierung neuer potenzieller Produkte und Erstellung alternativer Prozesskonzepte. Die Arbeiten der deutschen Projektpartner befinden sich am Ende der Wertschöpfungskette und beinhalten die Umwandlung der Hemicellulosen zu Chemieprodukten. Hierzu werden sowohl biotechnische als auch chemisch katalytische Konversionsverfahren eingesetzt, um die Plattformchemikalien 2,3-Butandiol (2,3-BDO) und Maleinsäure zu produzieren. Die Nutzung von 2,3-BDO zur Herstellung von Folgeprodukten wird ebenfalls untersucht.
Ergebnisdarstellung
- Screening nach neuen mikrobiologischen Stämmen für die 2,3-BDO-Produktion: Mehrere geeignete Stämme der Risikoklasse 1 entdeckt, Bacillus vallismortis detailliert untersucht - Batch Experimente mit B. vallismortis: Endkonzentration von 78,7 g/l 2,3-BDO + Acetoin (Gleichgewichtsprodukte) mit einer initialen Glucosekonzentration von 180 g/l, Ausbeute von 0,43 g/g (theoretisch: 0,5 g/g), Produktivität von 1,6 g/(l h) - Produktivität mit B. vallismortis gegenüber bisher besten bekannten Risikoklasse-1-Stamm B. licheniformis (Glucose als Substrat) um 0,7 g/(l h) gesteigert (Batch) - Fed Batch Experimente mit B. vallismortis und Xylose als Substrat: Höchste Endkonzentration ist 75,6 g/l 2,3-BDO + 19,1 g/l Acetoin, Ausbeute von 0,49 g/g - Verwendung von verzuckerten Birkenholzhemicelluloseextrakten statt reiner Xylose: Gleiche Endkonzentration an 2,3-BDO möglich nach Reduzierung der Acetatkonzentration - Furfural ist entscheidendes Zwischenprodukt bei der Umsetzung von Xylose zu Maleinsäure, Hexafluorisopropanol (HFIP) ist ein exzellentes in-situ Extraktionsmittel für Furfural aus der wässrigen Reaktionsphase (höhere Ausbeute durch weniger Nebenprodukte) - Zweiphasensystem Wasser/HFIP und Salzsäure als Katalysator: Vollständige Ausbeute (> 99 %) an Furfural, im Vergleich zu industriellen Prozessen weitaus höhere Ausbeute und mildere Reaktionsbedingungen - Verwendung von Birkenholzhemicelluloseextrakten statt reiner Xylose: Kein Verlust an Ausbeute (> 99 %), keine Hemmung der Furfuralbildung durch zusätzliche Inhaltsstoffe - Oxidation von Furfural zu Maleinsäure in Wasser/HFIP-Gemischen: Kein geeignetes Reaktionssystem, höchste Ausbeute nur 44 %.

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