Ein neues Multi-Feedstock-Bioraffineriekonzept

Biogene Reststoffe werden in eine Vernetzung des Konzeptes einer Grünen Bioraffinerie und Lignozellulosebioraffinerie (nach erforderlicher Vorbehandlung mit Steam Explosion und Cellulasen) zu Biogas, Ethanol, Milchsäure und Aminosäuren umgewandelt. Die Fermentationsprodukte Ethanol und Milchsäure aus vorbehandeltem Silagepresskuchen werden zu Ethyllactat verestert und dabei chemisch extraktiv angereichert. Der Begriff Bioraffinerie ist unklar definiert. Viele Autoren und Projektanten verstehen darunter entweder eine erweiterte Bioethanolanlage mit Vewertung des Trebers zu Biogas oder die Isolierung von niedermolekularen Substanzen wie Milchsäure und Aminsosäuren aus Grassilage. Die Autoren haben das Verfahrensschema einer Multi-Feedstock Bioraffineriekonzept entwickelt, bei dem nachwachsende Rohstoffe wie Grassilage und biogene Reststoffe z.B. Stroh (nach erforderlicher Vorbehandlung) zu Biogas, Bioethanol, Milchsäure und Aminosäuren umgewandelt werden. Die hierfür notwendigen Einzelprozesse sind: Vorbehandlung der Rohstoffe mit Steam Explosion, Enzymproduktion auf vorbehandeltem Material, Hydrolyse der Hemizellulosen und Zellulosen, Bioethanolproduktion der 2. Generation, Milchsäurefermentation und Abtrennung, sowie Veresterung der Produkte Bioethanol und Milchsäure als reaktive Produktabtrennung. Die anfallenden biogenen Reststoffe (Fermentationsschlempen, Grassilagepresskuchen) werden zur Biogasproduktion verwendet. Die Möglichkeiten der zusätzlichen Wertschöpfung durch Prozessverschaltungen der Energie- und Stoffströme werden aufgezeigt. Die angestrebte Vernetzung des Konzeptes der Grünen Bioraffinerie und der Lignozellulosebioraffinerie sind in beigefügter Abbildung illustriert. Es wurde besonderen Wert darauf gelegt, dass die Lignozellulosebioraffinerie einen hohen Wärme und die Grüne Bioraffinerie (Milchsäure und Aminosäuren) einen hohen Strombedarf haben, sodass einer Vorort Kraftwärmekopplung basierend auf dem gewonnen Biogas eine besondere Bedeutung zukommt. Da der in der „Grünen Bioraffinerie“ (Technologiekonzept zur Verwertung von Grünlandbiomasse, das derzeit im Demonstrationsmaßstab realisiert ist) anfallende Silagepresskuchen derzeit aufgrund seiner Zusammensetzung und chemischen Struktur energetisch nicht vollständig verwertet werden kann, wird die Anwendung von Verfahren aus dem Bereich der „Lignozellulose-Bioraffinerie“ (effektive Aufschlusstechnologien der Biopolymerstruktur) vorgeschlagen. Dazu wird der Silagepresskuchen mit Steam Explosion vorbehandelt und mittels auf dem vorbehandelten Rohstoff gezüchteter Enzyme verzuckert. Die gewonnene Zuckerlösung soll zur Herstellung von Bioethanol und L-Milchsäure eingesetzt werden. Als zusätzliche Neuheit wird die extraktive Anreicherung von Milchsäure und Ethanol vorgeschlagen: Ethanol und Milchsäure werden durch chemische Reaktion zu Ethyllactat chemisch extraktiv angereichert. Dies stellt eine wesentliche Innovation im internationalen Vergleich von untersuchten Bioraffineriekonzepten dar. Die Reststoffe (Fermentationsschlempen, Grassilagepresskuchen) werden auf zu Biogas umgewandelt und durch Kombination und Rekombination der Stoffströme soll der Betrieb der Anlage wirtschaftlicher und nachhaltiger gestaltet werden. Das vorgestellte Konzept ist eine absolute Neuheit und wurde in dieser Form bisher nicht beschrieben