Waste2Value – Mikroorganismen verändern die Westpfalz

Innovative Ideen schaffen Perspektiven für den Strukturwandel in den Regionen!

(Bundesforschungsministerin Anja Karliczek)

Die Wirtschaft der Zukunft reduziert fossile und umweltbelastende Verfahren aufgrund der globalen Herausforderungen des Klimawandels und der Ressourcenverknappung. Sie nutzt biobasierte Rohstoffe und Kreislaufwirtschaft, um ressourcenschonend und energieeffizient zu produzieren. Dienstleistungen und Produkte werden nach bioökonomischen und sozial-ökologischen Kriterien beurteilt. In dieser bioökonomischen Transformation stecken große Potenziale für Innovationen sowie bioinspirierte Produkte und Dienstleistungen, die insbesondere strukturschwachen Regionen neue Möglichkeiten bieten sich wirtschaftliche Vorteile zu erschließen.

Zusammen mit regionalen Unternehmen, Forschungseinrichtungen, Verbänden, wie auch politischen und gesellschaftlichen Akteuren innerhalb der Westpfalz wurde in der Konzeptphase themenbezogen Interessen, Projekte und Wertschöpfungsketten entwickelt aus denen sich vier übergeordnete Innovationspfade mit konkreten Projektideen herauskristallisiert haben.

Innovationspfad 1: Biomasseaufschluss und Fermentation

Der erste Innovationspfad von Waste-to-Value umfasst die Produktion von biobasierten Grundstoffen (Green Building Blocks) auf Basis von verfügbaren Reststofffraktionen aus Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion. Hierbei werden verschiedene wissenschaftliche und technische Herausforderungen in den Bereichen Biomassevorbehandlung, Fermentationstechnik und Bioverfahrenstechnik adressiert.

Projektbeispiel

Innovationspfad 1:

Biochemikalien und Treibstoff aus Teigresten und Backabfällen. Prozessschema,
Wertschöpfungspotentiale und Rohstoffverfügbarkeit der
Biobutanol-Produktion auf Basis von Teigresten.

W2V-Teigreste

Projektbeispiel

Innovationspfad 1:

Plattformchemikalien aus Stroh.
Prozessschema, Wertschöpfungspotentiale und Rohstoffverfügbarkeit
der fermentativen Produktion von Bernsteinsäure auf Basis von Stroh.

Plattformchemikalien aus Stroh

Innovationspfad 2: Extraktion und Wirkstoffe

Für die umfassende Nutzung der Reststofffraktionen wird, neben der fermentativen Produktion,
auch die Extraktion attraktiver Zielprodukte adressiert.

Zahlreiche Reststofffraktionen aus der Lebensmittelproduktion (z.B. Gemüsereste, Biertreber etc.) sind nicht nur eine interessante Rohstoffquelle für zuckerbasierte Fermentationen, sondern enthalten z.T. hohe Konzentrationen nutzbarer Extraktstoffe.

Hochpreisige Antioxidantien für die Kosmetikindustrie (z.B. Quercitine und Flavonoide) sowie Farb- und Zusatzstoffe (z.B. Carotinoide, Phycobiline) für Lebens- und Futtermittel lassen sich aus zahlreichen Gemüse- und Lebensmittelresten, aber auch aus Mikroalgen, gewinnen.

Für die Wirtschaftlichkeit sind Optimierungen bei den Extraktionsverfahren sowie der Produktaufreinigung entscheidende Faktoren.

Projektbeispiel

Innovationspfad 2:

Prozessschema zur Gewinnung von Wirkstoffen aus Gemüseresten und Algen.

W2V-Gemüsereste

Innovationspfad 3: Biobasierte Kunst- und Klebstoffe

Die dargestellte Produktion von biobasierten Grundstoffen und Plattformchemikalien zu marktgerechten Preisen ist ein wesentlicher erster Entwicklungsschritt für die Bereitstellung nachhaltiger biobasierter Produkte.

Die Substitution der etablierten und zudem aktuell vergleichsweise kostengünstigen erdölbasierten Kunst-, Kleb- und Verbundwerkstoffe erfordert allerdings umfangreiche weitergehende Entwicklungen in den Bereichen der biologischen und chemischen Synthese, Kunststofftechnik und Werkstoffoptimierung.

Um die häufig hohen Anforderungen an die Werkstoff- und Materialeigenschaften in wichtigen Zielbranchen (z.B. Verpackung, Schuh & Textil, Automotive) zu erfüllen sind umfangreiche F&E Aktivitäten bei der Optimierung, Modifizierung und Additivierung biobasierter Polymere notwendig.

Gleichzeitig müssen konkurrenzfähige Kostenstrukturen bei der Produktion etabliert werden, um mittelfristig relevante Absatzmengen und Marktvolumina zu erreichen.

Projektbeispiel

Innovationspfad 3:

Prozessschema der Produktion von PBS auf Basis von Stroh und Teigresten.

Prozessschema der Produktion von PBS auf Basis von Stroh und Teigresten

Projektbeispiel

Innovationspfad 3:

Prozessschema zur Gewinnung von Wertstoffen aus Algen mittels Zero-Waste Prinzip.

Prozessschema zur Gewinnung von Wertstoffen aus Algen mittels Zero-Waste Prinzip.

Innovationspfad 4: End-of-Life und Recycling

Schlussendlich gilt es im Waste-to-Value Konzept die immer wichtigeren Aspekte des Recyclings und der Circular (Bio)Economy zu berücksichtigen.
Auch die Produktion biobasierter Produkte auf Basis von Reststoffen beansprucht Ressourcen und benötigt Energie.

Die Themenfelder Detektion, Trennung und Recycling müssen dementsprechend auch bei Bio-Kunststoffen adressiert werden.
Dies betrifft schon am Beginn einer Wertschöpfungskette das grundlegende Produktdesign z.B. konstruktive Auslegungen von Verbundwerkstoffen aus biobasierten und nicht-biobasierten Materialien, welche eine sortenreine Trennung am Ende der Lebensdauer ermöglichen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt sind sensorgestützte Verfahren zur Identifizierung biobasierter Kunststoffe in den Abfallströmen.
Nur auf Basis solcher technologischer Entwicklungen lassen sich nachhaltige sowie energie- und ressourceneffiziente Rohstoffkreisläufe etablieren.

Ein weiterer Aspekt ist die Nutzung und Rückführung von stofflichen und energetischen End-of-the-pipe Abfällen wie aus der Verbrennung (z.B. BHKW) oder Biogasproduktion stammendes CO2, produktionsbedingte Abwärme und bei der Produktion anfallendes Abwasser.

Insbesondere die phototrophe Fermentation bietet hierzu innovative und effiziente Kopplungsansätze mittels Mikroalgen, die aus Sonnenlicht und dem rezyklierten CO2 sowie aus nährstoffreichem Produktionsabwasser Biomasse und Wertstoffe produzieren können.

Projektbeispiel

Innovationspfad 4:

Verfahrensansatz zur Gewinnung biobasierter Rezyklate durch die Entwicklung geeigneter Sortiersensorik.

Verfahrensansatz zur Gewinnung biobasierter Rezyklate durch die Entwicklung geeigneter Sortiersensorik.

Ziel

Ziel ist es daher, die bioökonomischen und sozial-ökologischen Potentiale der strukturschwachen Regionen Westpfalz, Birkenfeld und Teilen des Saarlands zu vernetzen, um über mikrobielle Konversion bioinspirierte und nachhaltige Wertschöpfungsketten / Wertschöpfungskreisläufe in Start-Ups, Unternehmen und Industrie zu implementieren und sie dadurch zu stärken.

Aus Reststoffen mikrobiell transformierte Endprodukte (z.B. Green building blocks) und bioinspirierte Materialien (z.B. Biokunst- & -klebstoffe) werden der Wiederverwertung in den regionalen Wirtschaftskompetenzen zugefügt, wie in den Bereichen: Kunststoff- & Klebstofftechnik; Schuh-Leder-Textilien; Automotive; Genuss- & Nahrungsmittelindustrie, sowie zukünftigen Leitmärkten (Kreislaufwirtschaft, Bioökonomie, Klimaschutz, biobasierte Zukunftsmaterialien, Nachhaltige Mobilität).

Haben Sie dazu innovative Ideen und wollen als Unternehmen, als Zivilgesellschaft oder als öffentliche Verwaltung neue Perspektiven für die Region schaffen? Dann machen Sie mit bei Waste2Value!

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