Dr. Michael Jacob
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31.12.2021

Die im Teilvorhaben erzielten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: - Es wurde eine geeignete Prozesskonfiguration für die Xylanaufbereitung aus der zweistufigen Abfolge von Sprühtrocknung und Agglomeration erarbeitet, welche qualitativ sehr hochwertige Produktkonsistenzen und sehr gute Produktausbeuten ermöglicht. Die Qualität der erzeugten Xylanpulver erfüllte die Anforderungen sehr gut. - Es konnte ein neues Prozess- bzw. Reaktionsmodell entwickelt werden, welches die Vorgänge während des kontinuierlichen Austauschs von Flüssigkeiten im Reaktor sehr gut abbilden kann. Dieses zeigte eine grundsätzlich gute Reproduzierbarkeit und Übereinstimmung der berechneten Parameterverläufe bzw. Massenbilanzen mit den Versuchsdaten, sodass mit dem entwickelten Modellansatz eine Bilanzierung des Gesamtprozesses und zielgerichtete Prozessoptimierung als Basis für die Anlagenkonzeptentwicklung durchgeführt werden konnte. - Es konnten skalierte Massenbilanzen für eine Produktionsanlage erstellt werden, auf deren Basis die Verwendungszwecke des Xylans, Lignins und der Faserfraktion sowie potentiell wertvoller Nebenströme endgültig festgelegt werden konnten. - Die technologische Umsetzbarkeit des Koppelprozesses Xylan-/Ligninextraktion mit der Entwicklung eines optimierten Basiskonzepts einer Produktionsanlage mit einer Verarbeitungskapazität von 120 t/a Buchenhackschnitzel konnte nachgewiesen werden. Gleichzeitig konnten die Rahmenbedingungen für den wirtschaftlichen Betrieb einer Produktionsanlage erarbeitet und die Umsetzbarkeit des Prozesses bestätigt werden. - Die Wirbelschichtsprühtrocknung stellte sich für die spezifische Erzeugung von Xylan anlagentechnisch als sehr kostenintensiv heraus und wurde daher im finalen Anlagenkonzept nicht berücksichtigt. Entsprechend wurde auf eine alternative Trocknungstechnologie zurückgegriffen, die ihrerseits keine Einschränkungen für die Xylanqualität und die pharmazeutische Weiterverarbeitung mitbringt.

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. Der Fokus des Teilvorhabens 3 lag auf der Erarbeitung eines Wirbelschichtprozesses für die effiziente Trocknung bzw. definierte Granulierung der Intermediate sowie eines Anlagenkonzeptes, in dem der Gesamtprozess erstmals vollständig abbildbar, skalierbar und wirtschaftlich betreibbar ist.