Wasserstoff und biobasierte Koppelprodukte aus Holz

Grünen Wasserstoff und biobasierte Produkte aus Holzabfällen zu gewinnen, ist Ziel des Verbundprojekts „H2Wood – BlackForest“, das das Bundesforschungsministerium jetzt mit 12 Mio. € fördert.

Holz gibt es im Schwarzwald genug. Es ist das wichtigste Wirtschaftsgut dort, Möbel und Baustoffe werden daraus gefertigt. Dabei entsteht jede Menge Holzabfall, der durchaus sinnvoller genutzt werden könnte, als ihn nur zu verbrennen. Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart entwickelt nun ein biotechnologisches Verfahren, das Holzabfälle in Wasserstoff und Chemikalien umwandelt. Demonstriert wird das Verfahren anschließend beim Projektpartner Centrum für Digitalisierung, Führung und Nachhaltigkeit Schwarzwald gGmbH (Campus Schwarzwald) in Freudenstadt in einer eigens dafür ausgelegten Anlage. Zudem erstellen das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart und die Universität Stuttgart eine Wasserstoffroadmap, um aufzuzeigen, wie der regenerative Energieträger durch lokale Betriebe und Energieversorger genutzt werden kann. Das Projekt für eine klimaneutrale Kreislaufwirtschaft fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 12 Mio. € bis Mitte 2024.

Die Nutzung regionaler Holzabfälle steht im Schwarzwald seit August 2021 auf der Tagesordnung. „Nach dem Ansatz der Bioökonomie wollen wir mithilfe biotechnologischer Prozesse klimaneutralen Biowasserstoff sowie zusätzlich verwertbare Stoffe wie Carotinoide oder Proteine aus Altholz und Holzabfällen herstellen“, erläutert Ursula Schließmann vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB. Sie koordiniert das Verbundvorhaben „H2Wood – BlackForest“.

Klimaneutralität durch Kaskadennutzung von Holz

„Ziel der Initiative ist es, mithilfe eines umfassenden Konzepts für eine nachhaltige und innovative Versorgung des Schwarzwalds mit Biowasserstoff CO₂-Emissionen einzusparen und die Region bei der Erreichung ihrer Klimaziele zu unterstützen“, sagt Stefan Bogenrieder, Geschäftsführer von Campus Schwarzwald. Der CO₂-Fußabdruck sinkt, weil fossile Energieträger vermieden werden und das Rest- und Altholz selbst wieder neue Stoffe liefert. „Das aus dem Holz freigesetzte CO₂ wird in Form von kohlenstoffbasierten Koppelprodukten gebunden und damit zurück in den natürlichen Kohlenstoffkreislauf geführt“, so Umweltexpertin Schließmann.

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In Potenzialanalysen soll zunächst geklärt werden, mit welchen Mengen an Rest- und Altholz im holzverarbeitenden Gewerbe und in den Kommunen zu rechnen ist. Wie viel Wasserstoff ließe sich daraus erzeugen und wie groß wäre das Einsparpotenzial an CO₂-Emissionen? Dann gehen die Partner der Frage nach, wie der erzeugte Wasserstoff am besten gespeichert, transportiert und genutzt werden könnte. Denn Wasserstoff wäre auch als Kraftstoff für Fahrzeuge, Brennstoff für Hochöfen und Brennstoffzellen sowie als Grundstoff für zahlreiche industrielle Prozesse und chemische Folgeprodukte verwendbar.

Eine Wasserstoffroadmap für die Region Schwarzwald

„Hierzu analysieren und bewerten wir den Energieverbrauch der Industrie, der Haushalte sowie des Nah- und Fernverkehrs und leiten daraus Potenziale einer dezentralen Wasserstofferzeugung und -nutzung innerhalb der Region Schwarzwald ab“, erklärt Erwin Groß vom Fraunhofer IPA. „Die Ergebnisse aller Erhebungen und Berechnungen fassen wir in einer Wasserstoffroadmap für die Region Schwarzwald zusammen“, so Groß.

Noch gebe es keine Anlage, die Biowasserstoff in größerem Maßstab herstelle. Die dazu notwendigen Prozesse entwickelt nun ein Team am Fraunhofer IGB, anschließend sollen sie in einer integrierten Anlage am Campus Schwarzwald in Freudenstadt demonstriert werden.

Biotechnologische Umwandlung von Holzzucker

„Wir stehen hier vor einer ziemlichen Herausforderung, denn Holzabfälle aus Hausabbruch, Möbelbau und Baustoffproduktion, darunter Span- oder MDF-Platten, enthalten Klebstoffe wie Harze und Phenole oder auch Lacke. Diese chemischen Bestandteile müssen wir zunächst entfernen, damit die Bakterien und Mikroalgen, also die Akteure der biotechnologischen Wasserstoffproduktion, ihre Arbeit erledigen können“, erläutert IGB-Frau Schließmann. Dann gilt es, das Holz in seine Bausteine zu zerlegen und die gewonnene Zellulose in einzelne Zuckermoleküle zu spalten. Diese können dann von Mikroorganismen zu Wasserstoff umgesetzt werden.

Zwei Fermentationsverfahren für die biotechnologische Umwandlung der Holzzucker werden am Fraunhofer IGB miteinander verknüpft. Das eine setzt auf wasserstoffproduzierende Bakterien, welche die Zuckerarten zu CO₂, organischen Säuren und Ethanol verstoffwechseln. Dann machen sich Mikroalgen über diese Stoffwechselprodukte der Bakterien her und synthetisieren daraus Carotinoide oder Proteine. Dieser Prozess setzt wiederum ebenfalls Wasserstoff frei.

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