Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

 

Verbundvorhaben: Voruntersuchungen zur Entwicklung eines integrierten Prozesses zur Herstellung von Ethylen aus Lignocellulose-Hydrolysaten (Bioethylen); Teilvorhaben 1: Fermentative Ethanolherstellung aus Lignocellulose-Hydrolysaten

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB)
70569 Stuttgart
Nobelstr. 12
Kontakt
Dr. Wolfgang Krischke
Tel: +49 711 970 4218
E-Mail: wolfgang.krischke@igb.fraunhofer.de
FKZ
22010710
Anfang
01.08.2013
Ende
31.07.2015
Aufgabenbeschreibung
Das Gesamtvorhaben hatte die Aufgabe, die Machbarkeit der einzelnen Verfahrensschritte eines Gesamtprozesses bestehend aus Fermentation von C-5- und C-6-Zuckern zu Ethanol und der anschließenden Dehydratisierung zu Ethylen zu untersuchen und die Wissensbasis zu verbreitern. Dabei sollte die katalytische Dehydratisierung von Ethanol zu Ethylen sowohl in der Gas- als auch in der überkritischen Phase betrachtet werden. Schwerpunkte seitens des Projektpartners Fraunhofer IGB lagen im Bereich der Prozessoptimierung für die Fermentation von Kombinationen aus C-5- und C-6-Zuckern sowie die Übertragung auf technische Lignocellulose-Faser-Hydrolysate mittels Hochzelldichtefermentation (Membran-Bioreaktore) mit integrierter Produktabtrennung. Aufbauend auf den Ergebnissen und mit Unterstützung aller Projektpartner sollte sodann durch Linde ein integrierter Gesamtprozess aufgestellt und bewertet werden.
Ergebnisdarstellung
Im Rahmen des Teilprojekts konnten neuartige Ergebnisse zur fermentativen Ethanolherstellung aus Lignocellulose-Hydrolysaten erzielt und verschiedene Prozessansätze ausgemacht werden. Die ausgewählten Mikroorganismen wurden zunächst anhand verschiedener Aspekte unter einheitlichen Bedingungen auf ihre Eignung zur Ethanolfermentation aus C-5- und C-6-Zuckern untersucht. Die Fermentation der C-5-Zucker durch Hefen geht, abhängig von dem verwendeten Mikroorganismus und der Belüftung, mit einer Anhäufung des Zwischenprodukts Xylitol einher. Xylitol ist ein Wertstoff, welcher jedoch die Ethanolausbeuten verringert. Mit einer Belüftungsrate von 0,8 L/(L*h) konnte bei der Umsetzung von Xylose mit P. stipitis DSM 3652 die Xylitolbildung um 66 % verringert und die Ethanolbildungsrate erhöht werden. Verschiedene reale Substrate aus dem Organosolv-Aufschluss von Buchenholz wurden charakterisiert und erfolgreich fermentiert. Hierbei hat sich gezeigt, dass sich das Faserhydrolysat vergleichbar zu synthetischen Mischungen fermentieren lässt. Die Fermentationsergebnisse und die Untersuchungen zur Hemmstofftoleranz ergaben, dass die Stämme P. stipitis DSM 3652 und Z. mobilis DSM 3580 besonders gut für den Produktionsprozess geeignet sind. Es konnte eine Mischkultur aus diesen beiden Spezies etabliert werden, mit welcher sich eine Mischung aus C-5- und C-6-Zuckern erfolgreich zu Ethanol umsetzten lässt. Die Ethanolproduktivität wurde in der kontinuierlichen Fermentation durch Zellrückhaltung deutlich verbessert. Als alternatives Verfahren könnte die Glucose aus dem Hydrolysat herkömmlich zu hohen Ethanolkonzentrationen fermentiert werden und nach Abtrennung des Produkts die verbleibende Xylose mit bestimmten Hefen zu Xylitol umgesetzt werden, einem weiteren Wertprodukt des Gesamtprozesses. Xylitol ist ein relativ hochpreisiger Zuckeraustauschstoff mit interessanten Eigenschaften in der Lebensmitteltechnik.

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