Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Stoffliche Verwertung hemicellulosereicher Wertstoffströme aus landwirtschaftlichen Reststoffen von Einjahrespflanzen (SHEMICELL); Teilvorhaben 1

Anschrift
Technische Universität Dresden - Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften - Fachrichtung Forstwissenschaften - Institut für Pflanzen- und Holzchemie
01737 Tharandt
Pienner Str. 19
Kontakt
Prof. Dr. habil. Steffen Fischer
Tel: +49 351 463-31239
E-Mail: sfischer@forst.tu-dresden.de
FKZ
22013316
Anfang
01.04.2017
Ende
31.03.2019
Aufgabenbeschreibung
Ziel des Projektes war die Abtrennung, Charakterisierung und stoffliche Verwertung hemicellulosereicher Wertstoffströme, die beim Aufschluss landwirtschaftlicher Reststoffe aus Einjahrespflanzen zur Gewinnung von Bioethanol oder der Herstellung von Zellstoff als Ablauge anfallen. Die Charakterisierung und Bewertung der Produkte erfolgte in enger Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Institut für Technische Chemie der TU Bergakademie Freiberg (ITC). Mit der Separierung und stofflichen Nutzung von Hemicellulosen soll sowohl bei der Erzeugung von Bioethanol als auch bei der Herstellung von Zellstoff eine höhere Wertschöpfung erreicht werden. Neben der Gewinnung von Hemicellulose mit verschiedenen Verfahren war die Untersuchung von Nutzungsmöglichkeiten für die separierten Wertstoffe von besonderem Interesse. Im Fokus standen sowohl die Verwendung von modifizierter Hemicellulose als Ausgangsmaterial für die Herstellung biopolymerbasierter Flammschutzmittel als auch der Einsatz von Hemicellulose als Papieradditiv zur Steigerung der Festigkeiten von Recyclingpapier.
Ergebnisdarstellung
Am Institut für Pflanzen- und Holzchemie wurden schwefelfreie Verfahren zur Herstellung von Zellstoff aus landwirtschaftlichen Reststoffen untersucht und verglichen. Als Ausgangsmaterialien standen Haferspelzen, Weizenstroh und Zuckerrübenschnitzel zur Verfügung. Beim Aufschluss dieser Reststoffe wurden verschiedene Varianten verglichen (alkalischer Aufschluss mit zwei Kochersystemen bei unterschiedlichen Temperaturen, Delignifizierung, Autohydrolyse und Kombiverfahren). Zur Gewinnung von Pektin aus Rübenschnitzeln wurde zusätzlich die saure Extraktion betrachtet. Besonders geeignete Verfahren sind im Hinblick auf die Ausbeute an Zellstoff und Hemicellulosen (HC) sowie auf die Energieeffizienz der Sodaaufschluss bei 140 °C und die Delignifizierung mit Wasserstoffperoxid. Eine abschließende Bewertung der Verfahren kann nur erfolgen, wenn die konkreten Bedingungen und Ziele für den geplanten technischen Prozess bekannt sind. Die HC wurden mittels Ultra- und Nanofiltration sowie Fällung aus der Ablauge abgetrennt, charakterisiert und teilweise modifiziert. Im Vordergrund standen dabei die Zusammensetzung der Produkte sowie Ausbeute und Reinheit. Weiterhin wurden die Molmassen und deren Verteilung bewertet. Die Hemicellulosen wurden im Hinblick auf mögliche Anwendungen optimiert und modifiziert. Positive Ergebnisse konnten durch Modifizierung von HC zur Herstellung von Flammschutzmitteln (FSM) erzielt werden. Die hergestellten FSM konnten auf Faserdämmstoffen appliziert werden, bestanden die laut DIN 4102 festgelegten Brandschutztests für normal entflammbares Material und wiesen ein günstigeres Glimmverhalten auf als vergleichbare Flammschutzmittel. Auch der Zusatz von 1 bis 2 Masseprozent Hemicellulose als Additiv zur Steigerung der Festigkeiten von Recyclingpapier führte zu erfolgversprechenden Ergebnissen. Sowohl die statischen als auch die dynamischen Papierfestigkeiten konnten im Vergleich zu Prüfblättern ohne Additiv teilweise um über 10 % gesteigert werden.

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