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Providing Growledge – Ressourcen und Produkte für die Bioökonomie

Miscanthus und Hanf sind flexibel einsetzbare Biomassepflanzen, die als Ausgangsmaterial für zahlreiche Produkte dienen und auf bislang wenig genutzten Flächen produziert werden können. Ein europäisches Konsortium um die Universität Hohenheim will nun das wirtschaftliche Potenzial dieser Pflanzen im Rahmen eines fünfjährigen Projekts demonstrieren.

Ob Chemikalien, Baumaterialien, Verbundstoffe, Herbizide oder Medikamente – bislang basieren diese Produkte meist auf fossilen Rohstoffen. In Zukunft könnten flexibel einsetzbare Biomassepflanzen, wie Miscanthus und Hanf, genutzt werden, um die Herstellung dieser Erzeugnisse auf ein erneuerbares Fundament zu stellen.

Hanf ist eine der ältesten Nutzpflanzen der Erde und hauptsächlich durch den Einsatz seiner Fasern in der Textilindustrie bekannt. Allerdings können auch andere Teile der Pflanze vielfältig verwendet werden: So lässt sich aus den Samen Pelargonsäure gewinnen, welche in der Landwirtschaft als biobasiertes Herbizid eingesetzt werden kann. Darüber hinaus enthalten die nach der Ernte anfallenden Dreschrückstande Cannabidiol, welches in der Epilepsietherapie Einsatz finden könnte.

Auch der ursprünglich aus Südostasien stammende Miscanthus verfügt über eine ähnliche Variabilität. Das Gras bietet sich unter anderem für die Herstellung von Treibstoffen, Basischemikalien oder Isoliermaterialien an und zeichnet sich durch eine sehr effiziente Ressourcennutzung sowie hohe Erträge aus.

Neben ihrer weiten Anwendbarkeit weisen beide Pflanzen eine zusätzliche vorteilhafte Besonderheit auf: Ihr Anbau ist im Vergleich zu konventionellen Ackerfrüchten wenig aufwendig. Daher können sowohl Miscanthus als auch Hanf auf marginalen Flächen produziert werden, die für einen profitablen Anbau typischer Kulturen untauglich sind. Ebenso ist es möglich, schwermetallbelastete Flächen zu nutzen, die für die Nahrungsmittelproduktion nicht genutzt werden sollten. Ungenutztes Land kann somit in Bewirtschaftung gebracht und die Debatte um die Verwendung von Land für die Produktion von Nahrungsmitteln oder anderweitigen Produkten entschärft werden.

Neue Wertschöpfungsketten für ein biobasiertes Wirtschaften

Am Oberen Lindenhof, der Versuchsstation der Hohenheimer Fakultät für Agrarwissenschaften, werden auf einer Fläche von acht Hektar verschiedene Miscanthusgenotypen hinsichtlich ihrer Eignung für Marginalstandorte sowie spezifische Produktanwendungen untersucht. © Elena Magenau

Diese vorteilhaften Aspekte möchte sich ein von der Universität Hohenheim angeführtes Konsortium im Rahmen des Forschungsprojekts GRACE (GRowing Advanced industrial Crops on marginal lands for biorEfineries) zunutze machen. Im Zentrum steht das Ziel, Miscanthus und Hanf auf entsprechenden Standorten bereitzustellen und die Biomasse möglichst vollständig zu verwerten. Hierzu werden in sechs europäischen Ländern Anbauversuche durchgeführt und zehn Wertschöpfungsketten demonstriert.

Die 22 beteiligten Partnerorganisationen, zu denen Universitäten, Unternehmen und Clusterorganisationen gehören, werden durch das Bio-based Industries Joint Undertaking (BBI-JU) finanziert. Diese Public Private Partnership zwischen der Europäischen Union und einem Industriekonsortium mit über 200 Mitgliedsunternehmen fördert das Projekt in einem Umfang von 12,3 Millionen Euro. Dies ermöglicht den Partnern aus Frankreich, Großbritannien, Italien, Kroatien, den Niederlanden und Deutschland, das Vorhaben über 5 Jahre hinweg voranzutreiben. BBI-JU-Projekte zeichnen sich durch einen starken Anwendungs- und Industriefokus aus. So sind mehrere innovative Kleinunternehmen wie MOGU, größere Unternehmen wie die kroatische Erdölgesellschaft INA oder auch mittelständische Agrarunternehmen wie Terravesta an GRACE beteiligt. Durch GRACE sollen Biomasseanbauer und die verarbeitende Industrie besser vernetzt und eine verlässliche Versorgung mit nachhaltiger Biomasse sichergestellt werden.

Die baden-württembergischen Projektteilnehmer der Universität Hohenheim sind neben ihrer Rolle als Koordinatoren auch in weiteren Funktionen gefragt. Am Fachgebiet Nachwachsende Rohstoffe und Bioenergiepflanzen verantwortet man die Durchführung der Miscanthus-Anbauversuche an den Lindenhöfen, einer Versuchsstation der Universität. Neue Miscanthusgenotypen werden hier hinsichtlich ihrer Eignung für Marginalstandorte sowie spezifische Produktanwendungen untersucht. Des Weiteren werden die Auswirkungen des kommerziellen Miscanthusanbaus auf die lokale Artendiversität beobachtet und die sozioökonomische und ökologische Vorteilhaftigkeit der ausgewählten Wertschöpfungsketten untersucht. Hierzu werden die biobasierten Produkte wie Isoliermaterial oder Verbundstoffe unter Zuhilfenahme etablierter Methoden der Nachhaltigkeitsbewertung mit konventionellen Alternativen verglichen.

Biogene Chemikalien aus dezentralen Bioraffinerien

Im Projekt wird anhand von zehn verschiedenen Demonstrationsfällen die Nutzbarkeit von Hanf und Miscanthus für verschiedene Produkte und Anwendungen aufgezeigt. © Universität Hohenheim / Apollo 11 GmbH

Die Riege Hohenheimer Forscher und Forscherinnen wird im Projekt durch Mitarbeitende des Fachgebiets Konversionstechnologien nachwachsender Rohstoffe sowie der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie komplementiert. An beiden Instituten setzt man sich mit der Umwandlung von Miscanthus in Plattformchemikalien auseinander. Im Fokus steht dabei Hydroxymethylfurfural (HMF), eine variabel einsetzbare Chemikalie, die unter anderem zur Produktion von biogenen Alternativen zu PET oder Formaldehyd herangezogen werden kann. Im Rahmen von GRACE möchten die beteiligten Forschenden zeigen, dass eine skalierbare Herstellung von HMF aus Miscanthus möglich ist. Hierfür erproben sie die Konversion in einer neu errichteten Demonstrationsanlage am Rande der Schwäbischen Alb. Diese ist dabei nicht zufällig auf der universitätseigenen Agrarversuchsstation Lindenhöfe bei Eningen platziert. Die Vision der Beteiligten ist es, die auf landwirtschaftlichen Betrieben anfallende Biomasse dezentral, in On-Farm-Bioraffinerien, zu HMF zu verarbeiten. Dabei sollen anfallende Reststoffflüsse aus dem Prozess in der hofeigenen Biogasanlage verwertet werden.

Durch den starken Anwendungs- und Industriefokus des Projekts werden bereits die praktische Umsetzung und Nutzung der Ergebnisse mitgedacht. Ein Beispiel hierfür ist der Prozess zur HMF-Herstellung, für dessen Weiterentwicklung die Forschenden aus Hohenheim mit dem Schweizer Chemieunternehmen AVA Biochem kooperieren. Ergänzt wird der projektinterne Austausch zwischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen oder Biomasseanbauern durch das sogenannte Industry Panel. Diese Plattform ermöglicht es externen Unternehmen, an den Ergebnissen teilzuhaben. So können Hanf- oder Miscanthusbiomasse aus den Anbauversuchen oder Produktproben der demonstrierten Wertschöpfungsketten für Experimente bezogen werden, um sich von deren Qualität zu überzeugen und die Weiterverarbeitung zu testen. Obendrein können Landwirte mit Interesse an alternativen Kulturen auf Feldtagen von den Ergebnissen und Erfahrungen des kommerziellen Hanf- und Miscanthusanbaus profitieren. Somit trägt das Projekt zur Verknüpfung der Ressourcen- und Produktperspektive bei und leistet einen erheblichen Beitrag für eine erfolgreiche Transformation hin zu einer Bioökonomie.

Glossar

  • Ein Herbizid ist ein Unkrautvernichtungsmittel.
  • Transformation ist die natürliche Fähigkeit mancher Bakterienarten, freie DNA aus der Umgebung durch ihre Zellwand hindurch aufzunehmen. In der Gentechnik wird die Transformation häufig dazu benutzt, um rekombinante Plasmide, z. B. in E. coli, einzuschleusen. Hierbei handelt es sich um eine modifizierte Form der natürlichen Transformation.
  • Die Positronenemissionstomographie (PET) ist ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen, sowie biochemischen und physiologischen Vorgängen im Körper (funktionelle Bildgebung). Das Verfahren beruht auf der Verteilung einer radioaktiv markierten Substanz im Organismus, die Positronen emittiert und somit von Szintillationszählern detektiert werden kann.
  • Polyethylen (Abkürzung: PE) ist das Polymer des Ethylens. Es gehört zu den thermoplastischen Kunststoffen.
  • Epilepsien sind Funktionsstörungen des Gehirns, bei denen es zu spontanen, unkontrollierten Entladungen der Nervenzellen kommt. Kontrollieren diese Nervenzellen Muskelkontraktionen, kommt es zu Krämpfe und damit zu unkoordinierten, schnellen Bewegungen, die der Epilepsiekranke nicht steuern kann. Sind Nervenzellen betroffen, die für das Denken und Bewusstsein eine Rolle spielen, verliert ein Betroffener bei einem Anfall das Bewusstein.
  • Fossile sind aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit stammende Überreste von Tieren oder Pflanzen.
  • Biogas ist ein brennbares Gasgemisch, das bei der Zersetzung von Biomasse (Fäkalien, Bioabfall, Stroh u. a.) entsteht. Dabei wird das komplexe organische Material mit Hilfe verschiedener Mikroorganismen unter Luftabschluss hauptsächlich in Kohlendioxid und Methangas umgewandelt.
  • Als Biomasse wird die gesamte Masse an organischem Material in einem definierten Ökosystem bezeichnet, das biochemisch – durch Wachstum und Stoffwechsel von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen – synthetisiert wurde. Damit umfasst sie die Masse aller Lebewesen, der abgestorbenen Organismen und die organischen Stoffwechselprodukte.
  • In einem Cluster arbeiten Unternehmen – die auch miteinander in Wettbewerb stehen können – mit weiteren Partnern aus Forschung, Wissenschaft und Verbänden in einem Wirtschaftsraum zielbezogen zusammen, um gemeinsam einen höheren Gesamtnutzen zu erzielen. Die Kombination von inhaltlicher und räumlicher Nähe der verschiedenen Akteure entlang der Wertschöpfungskette eröffnet die Möglichkeit, Innovationsprozesse zu implementieren.
  • am Rand oder auf der Grenze liegend
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