Bioraffinerien

Bioraffinerien können zentrale Pfeiler der Bioökonomie darstellen. Sie ermöglichen die (nachhaltige) Verarbeitung biogener Rohstoffe zu einer Vielzahl von Produkten, darunter Energieträger, Chemikalien, Materialien und Lebensmittel, und tragen damit entscheidend zur Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Ressourcen bei.

Was sind Bioraffinerien?

Eine Bioraffinerie ist eine Anlage, die biobasierte Rohstoffe – wie Pflanzen, Abfallbiomasse und organische Reststoffe – in neue Wertstoffe umwandelt. Dieser Prozess, bestehend aus Fraktionierung, Primär- und Sekundärraffination, ähnelt dem einer erdölbasierten Raffinerie, nutzt jedoch erneuerbare Ressourcen.

Klassifizierung von Bioraffinerien

Bioraffinerien lassen sich je nach eingesetzten Rohstoffen, Technologien und Produkten in verschiedene Typen klassifizieren.Die wichtigsten sind nachfolgend kurz beschrieben:

Lignocellulose Bioraffinerien

Als Rohstoffe dienen agrarische Reststoffe (zum Beispiel Stroh, Bagasse, Schalen und Hülsen, Maiskolben) sowie Holz und holzartige Biomassen, aber auch (verholzte) ein- und mehrjährige Gräser. Der Begriff Lignocellulose steht dabei für die drei Plattformen Cellulose, Hemicellulosen und Lignin, aus denen verholzte Biomassen hauptsächlich bestehen. Cellulose wird zu Plattformchemikalien umgewandelt, aus Hemicellulose entsteht beispielsweise Furfural oder C5-Zuckeralkohole. Die stoffliche Verwertung des Lignins ist dagegen schwierig. Es kann in duro- und thermoplastischen Kunststoffen oder Polyurethanen eingesetzt werden.

Zucker-Bioraffinerien

Eine Zucker-Bioraffinerie kombiniert die Verfahren einer Zuckerfabrik in der Primärraffination mit biotechnologischen Verfahren zur fermentativen Herstellung von Plattformchemikalien und Biokraftstoffen (in der Regel Ethanol) in der Sekundärraffination. Die extrahierten Rücnenhackschnitzel dienen derzeit als Tierfutter, könnten aber auch als weiterer Rohstoff genutzt werden.

Stärke-Bioraffinerien

Eine moderne Stärke-Fabrik kann schon als Bioraffinerie gelten. Sie erzeugt die Stärke im Rahmen der Primärraffination selber, kann auch die Proteine und das Öl aus den Keimen isolieren und produziert im Rahmen der Sekundärraffination technische Stärken, modifizierte Stärken und verschiedene Glucose/Fructose-Sirupe. Besonders letztere bilden ideale Ausgangspunkte für neue biotechnologische Wertschöpfungsketten in der Sekundärraffination.

Pflanzenöl-Bioraffinerie

Diese kombiniert die Verfahren einer Ölmühle zur Ölgewinnung in der Primärraffination mit oleochemischen Anwendungen in der Sekundärraffination, um Plattformchemikalien oder auch Biokraftstoffe (Biodiesel) zu gewinnen. Die Produkte hängen stark vom eingesetzten Pflanzenöl ab, da sich die Fettsäuremuster je nach Herkunft stark unterscheiden. Presskuchen oder Pressschrot dient derzeit als Tierfutter, könnte aber auch als weiterer Rohstoff genutzt werden.

Grüne Bioraffinerie

In einer grünen Bioraffinerie werden ein- oder mehrjährige Gräser und Getreide in grüner oder silierter Form als Rohstoff verwendet. Die Plattformen sind zwar eigentlich der Presssaft und die Pflanzenfasern im Presskuchen. Jedoch hat sich der Begriff „Grüne Bioraffinerie“ für diesen Anlagentyp durchgesetzt. Der Presssaft kann als Proteinquelle oder in Fermentationsmedien als Stickstoffquelle dienen. Die Pflanzenfasern können in textile Anwendungen oder Dämmmaterialen gehen.

Bedeutung von Bioraffinerien

Die Entwicklung von Bioraffinerien ist für die Transition zu einer nachhaltigeren Wirtschaft von entscheidender Bedeutung. Sie ermöglichen die effiziente Nutzung und Verwertung biogener Ressourcen, reduzieren Emissionen und fördern die Kreislaufwirtschaft.

Anwendungen und Produkte

Die Produktpalette von Bioraffinerien ist vielfältig und reicht von Biokraftstoffen über biobasierte Chemikalien bis hin zu neuen Werkstoffen und Produkten für den pharmazeutischen Sektor.

Herausforderungen und Perspektiven

Trotz des großen Potenzials stehen Bioraffinerien vor Herausforderungen wie Technologieentwicklung, Markteinführung und Nachhaltigkeitsbewertungen. Insbesondere die Tatsache, dass neue Bioraffinerien in der Regel top-down entstehen, erfordert komplexe Business-Pläne aufgrund der Koppelproduktion. Die Zukunftsperspektiven sind jedoch vielversprechend, insbesondere im Hinblick auf Innovationen und die steigende Nachfrage nach nachhaltigen Produkten.

Weiterführende Literatur

• Pietzsch J (Hrsg) (2017) Bioökonomie für Einsteiger. Springer-Verlag GmbH Deutschland.
  Die Bioökonomie wird umfassend von der Herkunft der Rohstoffe und ihrer Verarbeitung und bezüglich des Produkt- und Innovationspotentials dargestellt. Erfolgsfaktoren, Bedingungen für eine nachhaltige Bioökonomie und die Bedeutung der Suffizienz werden diskutiert.

• Kircher M (2020) Weg vom Öl - Potenzial und Grenzen der Bioökonomie. Springer.
  In diesem Buch erfahren Sie, weshalb der Übergang zur Bioökonomie derart langsam verläuft (und sich so schwierig gestaltet), welche Rolle die Bioökonomie langfristig spielen kann und wie der Umstieg gelingt.