Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Sequentielles Extraktionsverfahren zur Gewinnung hochwertiger Intermediate aus Buchenholz (XyloSolv); Teilvorhaben 1: Prozessentwicklung - Akronym: XyloSolv

Anschrift
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein - Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP
Am Haupttor 1251
06237 Leuna
Kontakt
Dr. Ireen Gebauer
Tel: +49 3461 43-9133
E-Mail schreiben
FKZ
22021218
Anfang
01.08.2019
Ende
31.12.2021
Ergebnisverwendung
Am CBP wurde der Gesamtprozess im Hinblick auf Produktausbeuten und –reinheiten, sowie technische Umsetzbarkeit im Pilot- und Produktionsmaßstab optimiert. Für alle Verfahrensschritte wurden Massenbilanzen erstellt. Dazu wurden Input- und Hauptproduktströme, sowie Lösungsmittelverluste, Neben- und Abfallströme quantifiziert und deren Zusammensetzung bestimmt. Es wurde ein mehrstufiges Verfahren zur Extraktion von Buchenholz mit Wasser zur Gewinnung von Xylan erarbeitet, welches die Steuerung der Xylaneigenschaften erlaubt und bei welchem hohe Ausbeuten von ca. 40% erreicht werden. Ein kontinuierliches Extraktionsverfahren konnte nicht realisiert werden, weil dann die gewünschten Xylanspezifikationen nicht erreicht wurden. Zur Isolierung des Xylans aus den Extrakten wurde ein Aufarbeitungsverfahren entwickelt, wodurch das Extraktvolumen auf ca. 1/5 des Ausgangsvolumens reduziert wird. Dadurch können in der nachfolgenden Fällung des Xylans in Ethanol 80% an organischem Lösungsmittel eingespart werden. Die Kopplung von Xylanextraktion und Organosolv-Aufschluss wurde erfolgreich umgesetzt, wobei relativ milde Bedingungen im Organosolv-Aufschluss angewendet wurden. Durch niedrigere Temperaturen, Drücke und Säurekonzentrationen werden die Anlagenwerkstoffe weniger stark beansprucht. Der erhaltene Faserstoff war dennoch gut aufgeschlossen, er enthielt nur noch Spuren von Hemicellulose. Die Ligninfällung durch Verdampfung des Ethanols ist analog zum Standardprozess problemlos möglich. Das produzierte Lignin und der Faserstoff wurde verschiedenen Unternehmen zur Bemusterung in Materialanwendungen bereitgestellt. Die detaillierte chemische Analyse des Lignins ergab, dass dieses auch für kosmetische oder pharmazeutische Anwendungen geeignet ist. Jedoch sind für Lignin und den Faserstoff noch anwendungsspezifische Entwicklungen zur Konfektionierung notwendig, um die Verarbeitbarkeit zu gewährleisten.
Aufgabenbeschreibung
Im Vorhaben XyloSolv sollte ein Verfahren zur sequentiellen Extraktion von Buchenholz mit Wasser und Ethanol/Wasser-Mischungen entwickelt und skaliert werden, welches es ermöglicht, Xylan, Lignin und Faserstoff als hochreine Fraktionen zu gewinnen. Xylan aus Buchenholz ist ein Polysaccharid, welches als Ausgangsstoff für die pharmazeutische Industrie dient. Ein vom Projektpartner HV-Polysaccharides GmbH GmbH & Co.KG (HVP) entwickeltes und erprobtes hydrothermales Verfahren ermöglicht durch spezielle Prozessführung die Gewinnung von Xylan in einer bisher nicht verfügbaren Qualität, sodass es sich als Grundstoff für pharmazeutische Wirkstoffe eignet und damit sehr hohe Marktpreise erzielt werden können. Daraus ergibt sich eine erhebliche Wertschöpfung im Vergleich zum Ausgangsmaterial Buchenholz. Nichtsdestotrotz wurden durch das von der HVP entwickelte Verfahren bisher nur ca. 10 % der Biomasse genutzt und es fällt eine erhebliche Menge an wässrig extrahiertem Rückstand an. In diesem Vorhaben wurde ein Lösungsansatz verfolgt, der eine der Xylangewinnung nachfolgende ethanolische Extraktion beinhaltet. Die Gewinnung von Lignin und Faserstoff ermöglicht sowohl die zusätzliche Wertschöpfung als auch die ganzheitliche Nutzung der Biomasse. Dazu wurde der Prozess der HVP mit dem vom Projektpartner Fraunhofer CBP entwickelten Organosolv-Aufschluss gekoppelt. Dieses gekoppelte Gesamtverfahren wurde vom Projektpartner Glatt Ingenieurtechnik GmbH hinsichtlich seiner technischen Umsetzbarkeit evaluiert. Ausgehend von dieser Evaluation wurde ein Anlagenkonzept erarbeitet, welches die techno-ökonomische Bewertung ermöglichte. Im Rahmen des Gesamtprojektes lag der Fokus des durch das Fraunhofer CBP bearbeiteten Teilvorhabens 1 auf der Entwicklung, Optimierung und Bilanzierung des Verfahrens im technischem Maßstab.

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