Nutzung von Biomasse
Nahrungsmittel
Futtermittel
Pharmazeutika
Biomaterialien und Werkstoffe
Energie, Brennstoffe, Kraftstoffe
Flüssigbrennstoffe
Photosynthese-Gleichung
Definition Biomasse
Biomasse ist der biologisch abbaubare Teil von Erzeugnissen, Abfällen und Reststoffen der Landwirtschaft mit biologischem Ursprung, der Forstwirtschaft und damit verbundener Wirtschaftszweige einschließlich der Fischerei und Aquakultur.
Ethische Prioritätenliste der Flächennutzung
Erhaltung wichtiger natürlicher Lebensräume
Stoffliche Nutzung
Energetische Nutzung
Flächeneffizienteste Nutzung bevorzugen
Ökologische Effekte beachten
Beispiele für Biomasse
Pflanzen und Pflanzenbestandteile
Abfälle und Nebenprodukre
Restholz
Landschaftspflegegut
Altholz/Gebrauchtholz
Bioabfälle
Stärke
Energiespeicher in vielen Pflanzen
Chemische Strukturen:
Amylose, Amylopektin
Polymer aus Glucoseeinheiten
leichte Hydrolyse zu Glucose —> unter Einbau von Wasser
Funktionen von Eiweißen
Stoffwechsel —> Enzyme
Immunsystem —> Antikörper
Strukturproteine
Bewegung —> Muskelproteine
Speicherstoff (Enrgiegewinnung, Photosysnthese)
Lignocellulose
Die Wichtigsten Stoffe
Aufschlussverfahren für Lignocellulose
Mechanischer Aufschluss
Thermischer Aufschluss
Chemischer Aufschluss
Säuren
Laugen
organische Lösemittel
Biokatalytische Vorbehandlung
Ziel des Mechanischen Aufschlussverfahrens
Termisches Aufschlussverfahren
Wärmebehandlung bei Temperaturen bis 200 °C (auch bekannt als: Thermodruckhydrolyse - TDH)
In wässriger Umgebung werden Hemicellulosen bei höheren Tempera- turen hydrolysiert und gelöst und Cellulosefibrillen quellen auf
Bildung inhibierender Substanzen (für spätere Fermentationen) muss vermieden werden
Geeignet zum Aufschluss von faserreichem Pflanzenmaterial bis Holz
Kombination mit mechanischem Aufschluss: Dampfdruckaufschluss (steam explosion)
Nachteile des thermischen Aufschlussverfahrens
hoher Energieverbrauch
toxische Nebenproduktw
Prozess unter höherem Druck
Wie funktioniert der Prozess des Dampfdruckaufschlusses?
Einwirken v. Dampf a. Biomasse (180-240 °C,
10-35 bar)
Schnelles Entspannen des Drucks
Dampfbildung führt zum Aufreißen der Biomassestruktur
Bis zum Aufbrechen von Zellulosefibrillen
Chemisch (-thermisches) Aufschlussverfahren: Säuren
Vorbehandlung mit Mineralsäuren (Salzsäure, Schwefelsäure): Saure Hydrolyse löst Hemicellulosen und Cellulose bis zur Verzuckerung
Verfahren mit konzentrierter Säure in der Kälte oder verdünnter Säure bei erhöhter Temperatur
Geeignet zum Aufschluss von faserreichem Pflanzenmaterial bis Holz (großtechnisch erprobtes Verfahren: „Holzverzuckerung“)
—> Nachteile
hoher Wasserverbrauch durch Spülkreisläufe
Neutralisation notwendig
toxische Nebenprodukte
Korrosion
Rückgewinnung der Säuren problematisch
Chemisch (-thermisches) Aufschlussverfahren: Laugen
Ammoniak, Natronlauge
Alkalische Hydrolyse zerstört Lignin und löst Hemicellulosen, Cellulose bleibt erhalten
Papierzellstoffherstellung
Kombination mit steam explosion
—> Vorteile
Ammoniak leicht recycelbar
keine Neutralisation notwendig
Nährstoff
Rückgewinnung der Laugen kann aufwändig sein
Chemisch (-thermisches) Aufschlussverfahren: organische Lösemittel
Alkohole, org. Säuren
Lignin wird entfernt
Hemicellulose gelöst
Cellulose bleibt Feststoff
Organosolv-Verfahren:
Aufschluss mit heißer wässriger Ethanollösung; Verhältnis Flüssigkeit/Feststoff: 4:1 bis 10:1
Chemisch (-thermisches) Aufschlussverfahren: organische Lösemittel —> Nachteile
Wasser- und Spülkreisläufe
Abtrennung des Lösemittels aufwändig
Biokatalytische Aufschlussverfahren
Zugabe von Enzymen vor Fermentation oder in den Fermenter
Vorhergehend ist zumindest mechanischer Aufschluss erforderlich
Hohe Hydrolyseraten nur bei Kombination mit mechanisch-thermisch- (chemischen) Aufschlussverfahren
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