Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemische Produkte auf erneuerbarer Grundlage

03.02.2014
Ein Durchbruch bei der Nutzung erneuerbarer Rohstoffe in der chemischen Produktion ist nun dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Industriepartner AVA Biochem gelungen:

Im Januar dieses Jahres hat eine Industrieanlage der AVA Biochem in Muttenz (Schweiz) zur Herstellung von 5-Hydroxymethylfurfural die Produktion aufgenommen.


In dieser Anlage entsteht 5-Hydroxymethylfurfural aus Biomasse. Die Verbindung kann als Ausgangsstoff für viele Materialien fungieren.

Foto: AVA Biochem

Das KIT entwickelte ein innovatives hydrothermales Verfahren, um die organische Verbindung aus Biomasse zu gewinnen. Als Plattformchemikalie ermöglicht 5-HMF Materialien für unterschiedliche Anwendungen.

Die chemische Industrie basiert heute überwiegend auf fossilen Rohstoffen wie Erdöl und Erdgas. Aus diesen werden sogenannte Basis- oder Plattformchemikalien hergestellt, die wiederum als Ausgangsstoffe für viele verschiedene Industrieprodukte dienen, beispielsweise für Kunststoffe oder Stoffe für Beschichtungen, Farben und Lacke.

Angesichts von Ressourcenknappheit, Klimawandel und dem Streben nach nachhaltiger Entwicklung steigt allerdings das Interesse an erneuerbaren Rohstoffen, die das Erdöl ersetzen können. Eine Schlüsselrolle beim Wandel von der erdölbasierten Chemie zu einer Chemie auf der Grundlage von Biomasse spielt die Plattformchemikalie 5-Hydroxymethylfurfural, kurz 5-HMF.

5-HMF ist eine organische Verbindung, die sich bei der thermischen Zersetzung von Kohlehydraten bildet. So lässt sich 5-HMF in vielen Lebensmitteln nachweisen, die einer Hitzebehandlung unterzogen wurden, wie Milch, Fruchtsaft, Honig oder Kaffee. Beim Erhitzen von Zucker in einer Pfanne macht sich die Verbindung durch einen karamellartigen Geruch bemerkbar.

5-HMF lässt sich aus pflanzlicher Biomasse gewinnen und kann in der chemischen Industrie künftig als Ausgangsstoff für verschiedene innovative Materialien fungieren, vor allem für Polymere mit spezifischen Eigenschaften. Nach Einschätzung des U.S. Department of Energy ist 5-HMF eine der zehn wichtigten Plattformchemikalien. Allerdings stellt es eine Herausforderung dar, 5-Hydroxymethylfurfural in industriellem Maßstab herzustellen. Dem KIT und der Schweizer AVA Biochem BSL AG ist nun ein wichtiger wissenschaftlich-technischer Durchbruch gelungen: Im Januar dieses Jahres hat die von AVA Biochem in Muttenz bei Basel betriebene Anlage „Biochem-1“ den kommerziellen Betrieb zur industriellen Produktion von 5-HMF aufgenommen. KIT-Forscher entwickelten das entsprechende Verfahren.

Die Zusammenarbeit mit der AVA Biochem ist eingebunden in die umfassenden Aktivitäten des KIT zur Herstellung von chemischen Energieträgern sowie Zwischenprodukten der chemischen Industrie aus Biomasse. Dabei nehmen Reaktionen in Wasser bei erhöhten Temperaturen, sogenannte hydrothermale Verfahren, eine zentrale Stellung ein. „Die hydrothermalen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass sie sehr gut in unterschiedliche Prozessketten eingebaut werden können, für die Biomasse als Rohstoff genutzt wird“, erklärt Professor Jörg Sauer, Leiter des KIT-Instituts für Katalyseforschung und -technologie (IKFT). „Zum einen dient als Rohstoff Biomasse mit einen hohen Wasseranteil, die zum Beispiel als Nebenprodukt der Lebensmittelproduktion anfällt. Zum anderen sind diese Verfahren gut mit biotechnologischen Verfahren kombinierbar.“

Die KIT-Wissenschaftler entwickelten innerhalb von 18 Monaten im Labor eine industriell umsetzbare Technologie zur Gewinnung von 5-Hydroxymethylfurfural. Als Grundlage diente die hydrothermale Karbonisierung, ein Verfahren, in dem Biomasse in einem geschlossenen System in wässriger Suspension bei hohen Temperaturen und erhöhtem Druck in Biokohle umgewandelt wird. Anders als bei der hydrothermalen Karboniserung wird bei dem neuen Verfahren jedoch die Bildung eines Feststoffs verhindert; die Bruchstücke aus der Biomasse werden zu chemischen Bausteinen, beispielsweise für die Herstellung von Kunststoffen, umgewandelt.

„Die größte Herausforderung für mein Team und mich bestand darin, in der knappen Zeit von nur 18 Monaten eine Lösung zu erarbeiten, die sich vom Labor- in den Industriemaßstab überführen lässt", berichtet Professorin Andrea Kruse vom KIT. „Dank unserer über 20-jährigen Erfahrung mit hydrothermalen Verfahren ist es uns gelungen, diese Herausforderung zu meistern.“ Parallel zu den Laborversuchen starteten die KIT-Forscher zusammen mit den Ingenieuren der AVA Biochem frühzeitig Arbeiten für die Maßstabsübertragung in die Produktion. Das KIT hatte bereits seit 2010 den Prozess der hydrothermalen Karbonisierung zusammen mit der AVA-CO2, der Muttergesellschaft der AVA Biochem, erforscht und in die industrielle Anwendung gebracht. Dies kam auch der Entwicklung des neuen Verfahrens zugute. „Diese enge Zusammenarbeit zwischen Forschern und Anlagen-Ingenieuren hat eine schnelle Industrialisierung ermöglicht. Wir sind dem Markt mehrere Jahre voraus," resümiert Jan Vyskocil, CEO der AVA Biochem.

Parallel zur laufenden Produktion optimieren die Teams von KIT und AVA Biochem nun das Verfahren und bereiten es für weitere Einsatzgebiete vor. Sowohl das Spektrum der einsetzbaren Biomassen als auch die Erträge bergen noch viel Potenzial und eröffnen zusätzliche Chancen. Das Verfahren wurde zu einem gemeinsamen Patent angemeldet. Schon jetzt zeigt sich ein lebhaftes Interesse in unterschiedlichen Industriezweigen; Bestellungen sind bereits eingegangen.

Über AVA Biochem

AVA Biochem produziert die hochwertige Plattformchemikalie 5-Hydroxymethylfurfural aus Biomasse und beliefert Kunden aus Industrie und Forschung auf der ganzen Welt. Im Produktionsprozess wird Ausgangsmaterial verwendet, das nicht mit der Nahrungsmittelproduktion konkurriert. Ziel von AVA Biochem ist es, durch die Anwendung des bahnbrechenden Produktionsprozesses zum Marktführer in der 5-HMF-Produktion aufzusteigen. Das Unternehmen ist eine Tochtergesellschaft der AVA-CO2 Schweiz AG in Zug und hat seinen Sitz in Muttenz, wo die weltweit erste 5-HMF-Produktionsanlage auf Basis der hydrothermalen Karbonisierung betrieben wird.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Thematische Schwerpunkte der Forschung sind Energie, natürliche und gebaute Umwelt sowie Gesellschaft und Technik, von fundamentalen Fragen bis zur Anwendung. Mit rund 9000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, darunter knapp 6000 in Wissenschaft und Lehre, sowie 24 000 Studierenden ist das KIT eine der größten Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt
22.05.2018 | Technische Universität München

nachricht Designerzellen: Künstliches Enzym kann Genschalter betätigen
22.05.2018 | Universität Basel

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: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Im Focus: LZH showcases laser material processing of tomorrow at the LASYS 2018

At the LASYS 2018, from June 5th to 7th, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) will be showcasing processes for the laser material processing of tomorrow in hall 4 at stand 4E75. With blown bomb shells the LZH will present first results of a research project on civil security.

At this year's LASYS, the LZH will exhibit light-based processes such as cutting, welding, ablation and structuring as well as additive manufacturing for...

Im Focus: Kosmische Ravioli und Spätzle

Die inneren Monde des Saturns sehen aus wie riesige Ravioli und Spätzle. Das enthüllten Bilder der Raumsonde Cassini. Nun konnten Forscher der Universität Bern erstmals zeigen, wie diese Monde entstanden sind. Die eigenartigen Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstössen zwischen kleinen Monden ähnlicher Grösse, wie Computersimulationen demonstrieren.

Als Martin Rubin, Astrophysiker an der Universität Bern, die Bilder der Saturnmonde Pan und Atlas im Internet sah, war er verblüfft. Die Nahaufnahmen der...

Im Focus: Self-illuminating pixels for a new display generation

There are videos on the internet that can make one marvel at technology. For example, a smartphone is casually bent around the arm or a thin-film display is rolled in all directions and with almost every diameter. From the user's point of view, this looks fantastic. From a professional point of view, however, the question arises: Is that already possible?

At Display Week 2018, scientists from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will be demonstrating today’s technological possibilities and...

Im Focus: Raumschrott im Fokus

Das Astronomische Institut der Universität Bern (AIUB) hat sein Observatorium in Zimmerwald um zwei zusätzliche Kuppelbauten erweitert sowie eine Kuppel erneuert. Damit stehen nun sechs vollautomatisierte Teleskope zur Himmelsüberwachung zur Verfügung – insbesondere zur Detektion und Katalogisierung von Raumschrott. Unter dem Namen «Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory» erhält die Forschungsstation damit eine noch grössere internationale Bedeutung.

Am Nachmittag des 10. Februars 2009 stiess über Sibirien in einer Höhe von rund 800 Kilometern der aktive Telefoniesatellit Iridium 33 mit dem ausgedienten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Mikroskopie der Zukunft

22.05.2018 | Medizintechnik

Designerzellen: Künstliches Enzym kann Genschalter betätigen

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics