Bioethanolproduktion aus Lignocellulosen mit Steamexplosion
Kurzbeschreibung
Status
laufend
Kurzfassung
Die Herstellung von Bioethanol aus nachwachsenden Rohstoffen wird einen wichtigen Beitrag zur Reduktion des CO2 liefern.
Konventionelle Ottomotoren können nach kleineren Modifikationen mit Bioethanol betrieben werden.
In Brasilien wird Bioethanol auf der Basis von Zucker (-rohr), in den USA und Europa vorwiegend auf der Basis von Stärke (Getreide, Mais) hergestellt.
Dafür steht jedoch zu wenig Anbaufläche zur Verfügung, gleichzeitig werden andere Bioenergieformen wie Biogas, Pflanzenöle, Rapsölmethylester um diese Anbauflächen konkurrieren.
Lignocellulosehaltige nachwachsende Rohstoffe wie Holz und Stroh verfügen mit ihrem Grundstoff Cellulose ebenfalls über eine potentiell zu Alkohol vergärbare Substanz.
Um Cellulose vergären zu können, muss sie zuerst mit Enzymen - den Cellulasen - in Zucker zerlegt werden. Diese Zucker können dann ähnlich wie bei den anderen Verfahren zu Alkohol vergoren werden.
Die Natur hat es eingerichtet, dass der Prozess der "biologisch enzymatischen Holzverzuckerung" nur langsam verläuft.
Die biologisch enzymatische Holzverzuckerung kann jedoch durch das Verfahren der "Steam explosion" beschleunigt werden. Dabei wird z. B. Stroh auf Temperaturen von ca. 200°C unter Druck erhitzt. Bei einer anschließenden schlagartigen Entspannung zerreist die Cellulosefaser. Dieses Verfahren wurde bereits in den 1980er Jahren bekannt und wird im Vorhaben etabliert und optimiert.
Durch die Druckentspannung werden die Fasern für eine enzymatische Hydrolyse, d. h. einer Zerlegung in ihre einzelnen Zuckerbestandteile erst richtig zugänglich. Dafür geeignete Enzyme werden untersucht bzw. werden diese Enzyme mit einer vorhandenen Pilzmutante auf den vorbehandelten Fasern selbst produziert.
Die nun zu Zuckern hydrolysierten Cellulosen werden dann, wie bei konventionellen Bioethanolanlagen, zu Bioethanol vergoren. Diese Vergärung wird an die Erfordernisse des Substrates Cellulosehydrolysat angepasst und der Prozess optimiert.
Die Aufarbeitungsmethoden für den Alkohol werden ermittelt, um eine Wirtschaftlichkeitsberechnung für eine integrierte dezentrale Bioethanolanlage der 2. Generation ermitteln zu können. Aus Gründen der Ökonomie (Transportkosten) und der Ökologie (nachhaltiges Wirtschaften) ist angestrebt, die Planungsunterlagen für kleinere Anlagen zu ermitteln, die dort errichtet werden, wo der Rohstoff anfällt.
Eine Untersuchung des Marktpotentials ergänzt das Projekt.
Zusammengefasst wird ein Verfahren zur Bioethanolproduktion der 2. Generation entwickelt aus den Einzelstufen Vorbehandlung (Steam explosion), Enzymproduktion, enzymatische Hydrolyse, Alkoholfermentation und Aufbereitung.
Publikationen
Projektbeteiligte
Projektleiter
DI Dr. Horst Steinmüller
Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz GmbH
Projekt- und Kooperationspartner
- FH OÖ Forschungs & Entwicklungs GmbH
- Institut für Biotechnologie und Bioprozesstechnik, TU Graz
- Technologie- und Dienstleistungszentrum Ennstal GmbH
Kontaktadresse
Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz GmbH
DI Dr. Horst Steinmüller
HF-Gebäude, 3. Stock, Altenberger Str. 69
4040 Linz
E-Mail: office@energieinstitut-linz.at
Tel.: +43 (70) 2468 5656