Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemikalien aus Holzabfällen

13.06.2016

Vitamine, Medikamente, Lösungsmittel, Pflanzenschutzmittel und Polymere – viele davon liessen sich in Zukunft auch aus Holzabfällen herstellen. Und zwar mindestens so wirtschaftlich, umweltschonend und sicher wie derzeit aus Erdöl. Dies zeigte ein internationales Forscherteam unter der Leitung von ETH-Wissenschaftlern auf.

Die chemische Industrie fusst heute auf Erdöl: Am Anfang sehr vieler chemischer Produkte – von Kunststoffen über Waschmittel und Lösungsmittel bis zu Medikamenten und Pflanzenschutzmitteln – stehen Erdölbestandteile. Und weil Erdölvorkommen endlich sind, suchen Wissenschaftler nach Wegen, diese Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen.


In der Holzindustrie entstehen Abfälle. In Zukunft könnten diese genutzt werden (Symbolbild).

Bild: Colourbox; Quelle: ETH Zürich

Ein internationales Forscherteam zeigte nun einen solchen alternativen Herstellungsweg für eine bedeutende Grundchemikalie auf, die Bernsteinsäure (siehe Kasten). Zum Team unter der Leitung von Konrad Hungerbühler, Professor für Sicherheits- und Umweltschutztechnologie in der Chemie an der ETH Zürich, gehörten auch Wissenschaftler der EPFL und der Technischen Hochschule Chalmers in Göteborg.

Wie die Forschenden in einer umfassenden Ökobilanz zeigen, lässt sich die Bernsteinsäure wirtschaftlich, umweltfreundlich und sicher aus Biomasse herstellen – mithilfe von Bakterien. Als Ausgangsstoff der Wahl bezeichnen die Forschenden Holz- oder Zelluloseabfälle, die in der Forstwirtschaft oder der Papierindustrie anfallen.

Günstiger oder nachhaltiger

In Simulationen verglichen die Wissenschaftler unter anderem verschiedene Herstellungsprozesse sowie verschiedene Bakterien, welche in den Labors der EPFL für die biotechnologische Herstellung von Bernsteinsäure optimiert wurden. Dabei zeigte sich: Je nach verwendeten Bakterien und Prozessen ist die biotechnologische Herstellung aus Holzabfällen im Vergleich zur konventionellen aus Erdöl entweder deutlich günstiger oder deutlich umweltfreundlicher. Als Mass für die Umweltbelastung verwenden die Forschenden die gesamte für die Herstellung benötigte Energie, inklusive der grauen Energie (die auch den indirekten Energiebedarf für die Herstellung von Vorprodukten, Infrastruktur und Abfallentsorgung umfasst).

So errechneten die Wissenschaftler für eine bestimmte biotechnologische Herstellungsmethode, dass Bernsteinsäure bei vergleichbarer Umweltbelastung 20 Prozent günstiger hergestellt werden kann. Mit einer zweiten Methode mit anderen Bakterien liess sich die Umweltbelastung um 28 Prozent reduzieren – dies bei vergleichbaren Kosten wie auf traditionellem Weg aus Erdöl.

Innovation für die Papierindustrie

Damit Bakterien Bernsteinsäure herstellen können, benötigen sie als Rohstoff Glukose (Traubenzucker). Es wäre möglich, diese aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr zu gewinnen. Oder eben aus Holz. «Der Holzbestandteil Zellulose kann mithilfe von Säure in Glukose umgewandelt werden», erklärt Merten Morales, Doktorand in der Gruppe von Hungerbühler und Erstautor der aktuellen Studie.

Die Wissenschaftler verglichen die Bernsteinsäure-Herstellung aus Zuckerrüben mit jener aus Holzabfällen. Punkto Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und Sicherheit sind die Unterschiede vernachlässigbar. «Wenn es möglich ist, Holzabfälle – zum Beispiel solche aus der Forstwirtschaft – zu nutzen, sollte man das tun», sagt Morales. «Denn damit konkurriert man nicht mit der Nahrungsmittelversorgung.»

Auch für die Papierindustrie wäre die neue Methode interessant. Denn dort fallen als Abfall zellulosehaltige Laugen an. Sie werden derzeit nicht verwertet, würden sich aber als Glukosequellen eignen. «Die europäische Papierindustrie könnte gegenüber der starken Konkurrenz aus Übersee wieder wettbewerbsfähiger werden, wenn sie es schafft, Abfallprodukte zu veredeln und sie mit Mehrwert zu verkaufen», so Morales. Der Bau einer biotechnologischen Produktionsanlage sei jedoch eine langfristige Investition, gibt der Chemieingenieur zu bedenken. Bevor eine Firma diese tätige, möchte sie wissen, ob sie sich lohne. «Mit unserer Arbeit haben wir diese Frage nun bejaht.»

Die Studie entstand im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms Ressource Holz (NFP 66) [http://www.nfp66.ch/de].

[Kasten:] Bernsteinsäure

Bernsteinsäure wird Treibstoffen und Schmiermitteln zugesetzt, um Motoren vor Korrosion zu schützen. Unter der Bezeichnung E 363 dient sie der Lebensmittelindustrie als Säuerungsmittel, als Geschmacksverstärker und um Lebensmittel luftig zu machen. Vor allem aber ist die Bernsteinsäure Dreh- und Angelpunkt für die Synthese einer riesigen Palette chemischer Verbindungen: Es lassen sich daraus unter anderem Vitamine herstellen, Medikamente, Lösungsmittel, Pflanzenschutzmittel, Polymere und Geruchsstoffe für Parfüme.

Literaturhinweis

Morales M, Ataman M, Badr S, Linster S, Kourlimpinis I, Papadokonstantakis S, Hatzimanikatis V, Hungerbühler K: Sustainability Assessment of Succinic Acid Production Technologies from Biomass using Metabolic Engineering. Energy and Environmental Science, 24. Mai 2016, doi: 10.1039/C6EE00634E [http://dx.doi.org/10.1039/C6EE00634E]

Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2016/06/chemikalie...

News und Medienstelle | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien aus dem Blut «ziehen»
07.12.2016 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht HIV: Spur führt ins Recycling-System der Zelle
07.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie