Kombinierte Herstellung von Treibstoffen und Chemikalien aus Holz

Das Projekt untersuchte einen speziellen Dampfaufschluss, der die Holzstruktur aufbrechen kann. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mit der Zugabe sogenannter Radikalfänger verhindert wird, dass sich das Lignin erneut bindet. Dadurch wird im nachfolgenden Prozessschritt, der enzymatischen Hydrolyse, eine höhere Ausbeute an Zucker erreicht, der zu Biotreibstoffen weiterverarbeitet werden kann. Zudem wurde ein neues Konzept zur Nutzung des Lignins für die Herstellung von Chemikalien untersucht.

Biotreibstoffe aus Holz haben im Vergleich zu solchen aus Mais oder Zuckerrohr wirtschaftliche und ökologische Vorteile (Kosten, Verfügbarkeit, keine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion). Holz lässt sich jedoch deutlich schwerer zu Biotreibstoffen umwandeln als Maisstärke oder Rohrzucker. Denn im Holz sind die Bestandteile Cellulose, Hemicellulose und Lignin eng miteinander verbunden. Bei der Herstellung von Biotreibstoffen behindert dies den enzymatischen Abbau der Lignocellulose zu Zuckern, die anschliessend beispielsweise zu Bioethanol vergärt werden können. Um die Struktur des Holzes aufzubrechen und den enzymatischen Zugriff zu verbessern, muss das Holz vorbehandelt werden.

Der Aufschluss mit Dampf ist eine mögliche Vorbehandlung der Biomasse. Allerdings fördert er die Vernetzungsreaktionen der entstehenden Ligninfragmente. Sogenannte Radikalfänger können diese unerwünschten Reaktionen unterbinden und den Aufschluss des Holzes wesentlich verbessern. Das im Projekt entwickelte Verfahren ermöglicht es, einerseits eine Cellulosefraktion mit verbessertem enzymatischen Zugang und andererseits eine hochwertige Ligninfraktion zu erzeugen. Diese kann dann als Ausgangsmaterial für die Herstellung aromatischer Chemikalien dienen.

Das untersuchte Verfahren zielt auf die Produktion von Treibstoffen und aromatischen Chemikalien ab, die heute fast ausschliesslich aus petrochemischen Ressourcen gewonnen werden. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, einen Teil des Erdöls durch Biomasse zu ersetzen.

Das Projekt zeigte, dass die Dampfbehandlung kombiniert mit der Zugabe von Radikalfängern die Ausbeute von Glucose aus Nadelholz um bis zu 64 Prozent verbessert.

Beim Transfer vom labormässigen Rührkesselreaktor zum industriellen Dampfexplosionsverfahren wurde nachgewiesen, dass mit der Vorbehandlung mittels Dampfexplosion die Glucoseausbeute um 150 Prozent zunahm.

Use of scavengers in the pretreatment of lignocellulosic biomass for improved chemicals production