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 Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen
20.02.2017 | Universität zu Lübeck

nachricht Zellstoffwechsel begünstigt Tumorwachstum
20.02.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

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: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die Welt der keramischen Werkstoffe - 4. März 2017

20.02.2017 | Veranstaltungen

Schwerstverletzungen verstehen und heilen

20.02.2017 | Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Innovative Antikörper für die Tumortherapie

20.02.2017 | Medizin Gesundheit

Multikristalline Siliciumsolarzelle mit 21,9 % Wirkungsgrad – Weltrekord zurück am Fraunhofer ISE

20.02.2017 | Energie und Elektrotechnik

Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen

20.02.2017 | Biowissenschaften Chemie