AQUASOLV – Entwicklung eines energiesparenden Aquasolv-Verfahrens zum Lignocellulose-Aufschluss (lignocellulose Rohstoffe) zur Bioethanolherstellung

Bisherige Forschungsarbeiten zeigen die prinzipielle Möglichkeit, unterschiedliche Lignocellulosearten durch Extraktion mit Heißwasser in Fraktionen von verschiedenen Polysacchariden wie Hemicellulose, Cellulose und deren Begleitstoffe wie Lignin zu zerlegen bzw. aufzuschließen. Zum Aufschluss der pflanzlichen Biomasse ist das Aquasolv®-Verfahren entwickelt und eingeführt worden. Die aus dem Aufschluss erhaltenen Polysaccharidlösungen, vorw. Hemicellulose, sowie die festen Polysaccharidrückstände, vorw. Cellulose, können mit handelsüblichen Enzymen weiter in Xylose und Glucose überführt und durch Gärung in Alkohol umgewandelt werden. Auf Grund der verschiedenen Abbauprodukte bei der Verzuckerung wird dieser Schritt für die Hemicellulose und Cellulose getrennt durchgeführt. Die oben beschriebenen Arbeitsschritte sind von uns hinsichtlich des Aufschlussprozesses im Batch-Verfahren, die anschließende Verzuckerung der festen Rückstandsfraktion (Cellulose) im Labor(mikro)maßstab durchgeführt worden. Hauptziele, Problembereiche und Inhalte der Arbeitspakete des gegenständlichen Projekts sind: • Entwicklung eines energieoptimierten Aufschlussverfahrens zur Herstellung von Bioethanol aus lignocellulosem Rohstoff Problembereiche: Der wohl kritischste und energieaufwändigste Verfahrensschritt bei einer chemischen Umwandlung von lignocelluloser Biomasse in Ethanol ist die Fraktionierung der Lignocellulosearten. Gerade hier hebt sich im weltweiten Vergleich das Aquasolv-Verfahren durch Verzicht des Einsatzes von Säuren und Basen sowie von organischen Lösungsmitteln ab. Haupthinderungsgrund für eine großtechnische Nutzung des Aquasolv-Verfahrens ist bisher der zu hohe Wasser- und der damit einhergehende Energieverbrauch. Demzufolge müssen im Rahmen des gegenständlichen Projekts innovative verfahrenstechnische Lösungen zur Reduktion des Wasserverbrauchs erprobt werden. Weiters soll der Fraktionierungsprozess hinsichtlich des Energieeintrages und der Entstehung von Hemmstoffen für die anschließende Verzuckerung optimiert werden. • Verzuckerung der aus dem Aufschluss erhaltenen Fraktionen soll im größeren Maßstab durchgeführt werden • Vergärung der aus der Verzuckerung gewonnenen Zuckern Xylose und Glucose zu Ethanol, in einem mikrobiologisch üblichen Standard • Konzeption einer Aquasolv-Pilotanlage auf Grundlage der Gewinnung technischer und wirtschaftlicher Auslegungsdaten aus dem laufenden Projekt. Auf bestehendes Know-how im prozesstechnischen, chemischen und analytischen Feld soll zurückgegriffen und die Felder kombiniert werden. Neben dem prozesstechnischen Entwicklungspotential sollen im Zuge des Projekts auf analytischem Feld neuartige Methoden wie die NIR-Spektroskopie zur Qualitätskontrolle eingeführt werden. Ziel ist die Etablierung der NIR-Spektroskopie (dt. NahInfraRot, engl. Near InfraRed) zur (online-) Analyse von im Prozess auftretenden Sacchariden (Mono-, Oligo- und Polysaccharide) und Ethanol.