Abwasser, Abfall und CO₂ als Ressource nutzen

Dass das funktioniert, hat EVOBIO bereits gezeigt: Eine Kläranlage etwa wurde zu einem zentralen Bestandteil eines regionalen Kreislaufwirtschaftssystems ausgebaut. Die technische Basis hierfür legt die sogenannte Hochlastfaulung. Eine auf der Kläranlage Ulm installierte Pilotanlage setzt Klärschlamm dabei nicht nur zu Biogas als regenerativer Kohlenstoff- und Energiequelle um, sondern liefert Schlammwasser und Gärreste als weitere Stoffströme. Das nährstoffreiche Schlammwasser nutzen die EVOBIO-Partner z. B. als Wachstumsmedium für einzellige Mikroalgen. Diese produzieren Polysaccharide, die Pflanzen bei der Abwehr von Pilzinfektionen wie Mehltau unterstützen und Pestizide ersetzen. Genauso gut eignet sich das Schlammwasser für den wassergestützten Gemüseanbau: Mit dessen Nährstoffen als Dünger wächst Kopfsalat in Hydroponiksystemen binnen weniger Wochen aus Sämlingen heran. Die Feststoffe des Schlamms, die Gärreste, werden zu Wertstoffen für die Materialherstellung des nächsten Wertschöpfungsschritts aufbereitet. Mittels thermo-katalytischem Reforming gewinnen Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daraus Biokohle, Synthesegas und ein Bioöl, das in seiner Zusammensetzung Rohöl ähnelt. Neue impedanzbasierte Inline-Sensoren können das gereinigte Abwasser kontinuierlich überwachen. Sie erfassen Bakterien und messen zugleich die Konzentrationen der Nährstoffionen.

Optimierte Produkte aus biobasierten Materialien

Speziell im Verpackungsbereich gilt biobasiertes Polyethylenfuranoat (PEF) als vielversprechender Ersatz für erdölbasiertes Polyethylenterephthalat (PET), das weltweit das dominierende Material für Fasern ist. Im Rahmen des EVOBIO-Projekts synthetisiert das Team PEF für Faseranwendungen im Technikumsmaßstab. Der Ausgangsstoff ist dabei Furandicarbonsäure. Das so gewonnene PEF lässt sich sogar mittels konventioneller Schmelzspinntechnologie verspinnen und nachbehandeln, was eine potenzielle Etablierung am Markt deutlich vereinfacht. Zudem entwickeln die Forschenden Schaumstoffe aus Formgedächtnispolymer mit biobasierten Fasern und Partikeln.

Zudem werden Materialien auf Basis von Proteinen mit wasserabweisenden Eigenschaften entwickelt. Sie sollen zukünftig halogenierte Kohlenwasserstoffe bei der Ausrüstung von Funktionstextilien ersetzen. In Kombination mit Polyglucosamin aus Chitin, das aus den Schalen und Panzern von Krebsen, Krabben oder Garnelen stammt, auf saugfähigen Papieren aufgebracht, konnten die Fraunhofer-Forschenden demonstrieren, dass sich wasserabweisende und zugleich wasserdampfdurchlässige Funktionsschichten mit biobasierten und bioabbaubaren Materialien erzeugen lassen.

Ist der Markt dazu bereit?

Für den im EVOBIO-Projekt verfolgten umfassenden Ansatz müssen etablierte Wertschöpfungsketten zu miteinander kommunizierenden Wertschöpfungsnetzwerken weiterentwickelt werden. Sind die Unternehmen dazu bereit? Welche neuen Geschäftsmodelle sind notwendig, um Kläranlagen und Betriebe, in denen biogene Reststoffe anfallen, zu Produzenten sekundärer Rohstoffe und Materialien zu machen? Mit Blick auf die Verwertung der neuen bioökonomischen Verfahren bewerten die Partner Nützlichkeit, Machbarkeit und Transferpotenzial. Mittels Akzeptanzanalysen untersuchen sie, ob Unternehmen die Projektergebnisse als wertvoll betrachten. Zudem werden verschiedene Geschäftsmodellszenarien entwickelt und bezüglich Umsetzbarkeit und wirtschaftlicher Tragfähigkeit priorisiert.

Das Projekt EVOBIO

Das Projekt »Evolutionäre bioökonomische Prozesse EVOBIO – Integrative Nutzung von Stoffströmen zur Herstellung optimierter Materialien für innovative Produkte in bioökonomischen Prozesskreisläufen« startete im August 2020 unter der Federführung der Fraunhofer-Institute IGB, IAP und IVV. Es wird im Fraunhofer Innovationsprogramm gefördert und durch das Fraunhofer IGB koordiniert.

Beteiligte Institute und Einrichtungen

• Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
• Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
• Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
• Fraunhofer-Einrichtung für Marine Biotechnologie und Zelltechnik EMB
• Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
• Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
• Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
• Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI
• Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS
• Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
• Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM
• Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
• Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, Institutsteil Angewandte Systemtechnik
• Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
• Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
• Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
• Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP
• Fraunhofer-Zentrum für Internationales Management und Wissensökonomie IMW