FRAUNHOFER-ZENTRUM FÜR CHEMISCH-BIOTECHNOLOGISCHE PROZESSE CBP SKALIERUNG VON BIOTECHNOLOGISCHEN UND CHEMISCHEN VERFAHREN

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1 FRAUNHOFER-ZENTRUM FÜR CHEMISCH-BIOTECHNOLOGISCHE PROZESSE CBP SKALIERUNG VON BIOTECHNOLOGISCHEN UND CHEMISCHEN VERFAHREN 1

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3 OFFENE ENTWICKLUNGSPLATTFORM ZUR BESCHLEUNIGUNG DER INDUSTRIELLEN UMSETZUNG Das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP fokussiert auf die Entwicklung, Skalierung und Kombination von biotechnologischen und chemischen Verfahren und schließt mit seiner apparatetechnischen Ausstattung im Pilotmaßstab die Lücke zwischen Labor und industrieller Umsetzung. Durch die Bereitstellung von Infrastruktur und Technikumsanlagen sowie hochqualifiziertem Personal ermöglicht es Partnern aus Forschung und Industrie, biotechnologische und chemische Prozesse zur Nutzung nachwachsender und petrochemischer Rohstoffe bis in produktionsrelevante Dimensionen zu skalieren und Verfahrensentwicklungen zu beschleunigen. Das Fraunhofer CBP ist eine einmalige, modulare Plattform zur Abbildung kompletter Prozessketten von der Rohstoffaufbereitung über verschiedene Konversionsprozesse bis hin zur Produktabtrennung und -aufreinigung. Mit diesem flexibel einsetzbaren Konzept können Rohstoffe wie pflanzliche Öle, Cellulose, Lignocellulose, Stärke oder Zucker aufbereitet und zu chemischen Produkten umgesetzt werden. Ermöglicht wurde der Aufbau des Prozesszentrums durch eine Anschubfinanzierung durch das Land Sachsen-Anhalt, Projektförderungen über das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF, des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft BMEL sowie der Fraunhofer-Gesellschaft. Das Fraunhofer CBP setzt seit seiner Eröffnung im Jahr 2012 mit seinen Forschungspartnern aus Industrie, Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen den Fokus auf die Entwicklung nachhaltiger Prozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette zur Herstellung von Produkten auf der Basis nachwachsender Rohstoffe. Ziel ist die integrierte und kaskadenartige, stofflich-energetische Nutzung möglichst aller Inhaltsstoffe pflanzlicher Biomasse nach dem Prinzip einer Bioraffinerie. Zur nahtlosen Überführung von Laborprotokollen, zur Skalierung und weiteren Optimierung stehen insgesamt sechs Pilotanlagen zur Verfügung, welche aus flexiblen Prozesseinheiten (unit operations) bestehen. Unterstützt durch modernstes Analysenequipment und Prozesssimulationstools verfolgt das Team aus Bioverfahrenstechnikern, Chemikern, Ingenieuren und Technikern innerhalb verschiedenster Projekte folgende Schwerpunkte: Maximale Nutzung des Kohlenstoffsynthesepotenzials der Natur Optimierung der Energie- und Ressourceneffizienz der Prozesse Robuste Verfahrensführung und Validierung von Kenngrößen zur Anlagenauslegung Minimierung von Abfallströmen Reduktion von CO 2 -Emissionen Nutzung von Rohstoffen, die nicht zur Nahrungs- oder Futtermittelproduktion geeignet sind Integration der entwickelten Prozesse in bereits bestehende Produktionsverbünde 1 Pilotanlage Lignocellulose- Bioraffinerie. 3

4 LEISTUNGSSPEKTRUM Das Fraunhofer CBP stellt modular einsetzbare Prozesskapazitäten zur Lösung verfahrenstechnischer Fragestellungen bis 10 m 3 Reaktorvolumen und kontinuierliche Anlagen mit Durchsätzen bis 20 kg / h auch unter hohen Prozessdrücken sowie verschiedenste Aufbereitungs- und Aufarbeitungstechniken bereit. Mit diesem flexibel einsetzbaren Konzept können Rohstoffe wie pflanzliche Öle, Cellulose, Lignocellulose, Stärke oder Zucker aufbereitet und zu Materialien und chemischen Produkten umgesetzt werden. Insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen bietet sich mit den verfügbaren Technikumsanlagen und durch die Kombination der verfahrenstechnischen Kompetenzen (Bio-, chemische, mechanische und thermische Verfahrenstechnik) eine exzellente, zeit- und kostensparende Möglichkeit, neue Technologien mit dem Ziel einer schnelleren Produktentwicklung und Markteinführung zu skalieren. 1 Fermentationsanlage zur Kultivierung verschiedener Mikroorganismen (Kaskade von 10 L bis L). Leistungsspektrum des Fraunhofer CBP Rohstoffe Konditionierung Wertschöpfung Produkte Spezielle Stoffe, Medien Pflanzliche Öle und Fette z. B. Senföl Zuckerhaltige Rohstoffe z. B. Zuckerrüben Stärkehaltige Rohstoffe z. B. Getreide Cellulosehaltige Rohstoffe z. B. Stroh Ligninhaltige Rohstoffe z. B. Holz direkte Verzuckerung mehrstufige Verzuckerung Wertstoffproduktion durch Biokatalyse und Fermentation Aufschluss / Fraktionierung Konversion durch physikalische, chemische und biokatalytische Verfahren Wertstofftrennung und Reinigung Technische Enzyme Olefine Aromaten Öl- / Fettsäurederivate verzw. Kohlenwasserstoffe Org. Säuren Org. Lösungsmittel Proteine Aquatische Rohstoffe z. B. Mikroalgen Optimierung Kultivierung Fein- / Spezialchemikalien Gasförmige Rohstoffe z. B. CO 2 4

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6 1 2 ROHSTOFFAUFBEREITUNG Der Schwerpunkt im Bereich Rohstoffaufbereitung liegt auf dem Aufschluss von lignocellulosehaltigen Rohstoffen und deren Fraktionierung in ihre chemischen Grundbestandteile Lignin und Zucker bzw. Faserstoffe. Zur Erforschung und Entwicklung von Aufarbeitungs- und Fraktionierungstechnologien steht eine integrierte Pilotanlage zur Verfügung, die den Aufschluss mit organischen Lösungsmitteln unter Druck und Temperatur, der sogenannten Organosolv-Technologie, ermöglicht. Die Anlage bildet eine Vielzahl einzelner Prozessschritte zur Herstellung von Faserstoffen, konzentrierten Zuckerlösungen und Lignin ab. Bis zu 70 kg Holz können täglich verarbeitet werden. Die Anlage wurde so ausgelegt, dass die Stoff- und Energiekreisläufe geschlossen und somit komplett bilanziert werden können. Durch die universelle Auslegung der Pilotanlage können neben dem Organosolv-Verfahren auch andere Aufschlussverfahren für Lignocellulose im Pilotmaßstab optimiert werden, so z. B. die wässrige Hydrolyse, der Aufschluss mittels Säure oder das Soda-Verfahren. Für die Bilanzierung der Prozesse steht eine umfangreiche Analytik zur Verfügung. Durch Nutzung einzelner prozesstechnischer Einheiten in der Anlage können auch Fragestellungen im Bereich der thermischen Trenntechnik und Extraktion bearbeitet werden. Hier besteht eine starke Interaktion zum Kompetenzfeld»Produktaufarbeitung«. Leistungsspektrum Die Kernprozesse, welche in der Pilotanlage abgebildet werden können, sind auf dem vereinfachten Anlagenschema gezeigt. Lignocellulose wird zunächst in einem 400 Liter großen Reaktor bei bis zu 200 C aufgeschlossen, wobei sich Lignin und Hemicellulosen im Lösungsmittel-Wasser-Gemisch lösen. Die zusätzlichen Tanks und Wärmetauscher der»tankfarm«ermöglichen dabei eine effiziente Verdrängungswäsche des Aufschlussgutes bei Reaktionsbedingungen und die Rückgewinnung von Energie beim Aufschlussprozess. Aus der mit Lignin und Hemicellulosen angereicherten Aufschlusslösung wird Lignin durch Zugabe von Wasser oder Destillation des Lösungsmittels ausgefällt, abfiltriert und nach einer Wäsche getrocknet. Aus dem Filtrat wird das eingesetzte Lösungsmittel vollständig zurückgewonnen und es verbleiben die Hemicellulosen-Zucker. Der feste, faserige Rückstand des Aufschlusses wird vereinzelt und gewaschen, entwässert und im Bedarfsfall mit Enzymen versetzt und in speziell ausgelegten Rührreaktoren bei hoher Faserstoffkonzentration verzuckert. Nach einem Filtrationsschritt erhält man eine Glukoselösung, die zur Stabilisierung zu einem Sirup konzentriert wird. Mit der erfolgreichen Übertragung des Organosolv-Aufschlusses in den Pilotmaßstab konnte in der zweiten Phase des vom BMEL geförderten Verbundvorhabens»Lignocellulose- Bioraffinerie«demonstriert werden, dass die chemische Nutzung von Holz nach dem Konzept einer Bioraffinerie im technischen Maßstab funktioniert. Die Pilotanlage wird nun im Rahmen internationaler und nationaler Forschungsprojekte genutzt, um Verfahren weiter zu optimieren, die gewonnenen Zwischenprodukte in verschiedene Wertschöpfungsketten zu integrieren und letztendlich die industrielle Umsetzung der Technologie vorzubereiten. 6

7 3 4 Kontakt Aktuelle Fragestellungen Entwicklung und Pilotierung von Aufschlussprozessen für Lignocellulosen Gewinnung von Inhaltsstoffen von Lignocellulose (Extraktstoffe, Hemicellulose, Lignin, Cellulose) mit spezifischen Eigenschaften. Anwendungsbeispiele sind Phenol-Formaldehyd-Harze und Polyurethane sowie Kohlen stofffasern Bereitstellung von Buchenholz-Faserstoff zur Erzeugung von Faserverbundwerkstoffen Dr. Moritz Leschinsky Gruppenleiter Vorbehandlung und Fraktionierung nachwachsender Rohstoffe Telefon moritz.leschinsky@cbp.fraunhofer.de 1 Buchenholz-Hackschnitzel. 2 Reaktoren zur enzymatischen Hydrolyse. 3 Eindampfanlage zur Konzentrierung der Zuckerlösungen. 4 Entwässerung des Faserstoffes (mittels Schneckenpresse). Vereinfachtes Fließbild der Pilotanlage zum Aufschluss von Lignocellulosen Ethanol / Wasser Org. Lösungsmittel / Wasser Holzchips Kocher 400 L 200 C Aufschlusslösung Ligninwäsche Xylose Filtration Trocknung Lignin Organosolv-Lignin Aufschluss Tankfarm Ligninfällung / Ethanolrückgewinnung Hydrolyselignin Faserfraktion Faserwäsche und -zerkleinerung Entwässerung Enzymatische Hydrolyse Hydrolyserückstand Glukose lösung Konzentration Konzentrierte Glukoselösung 7

8 1 2 BIOTECHNOLOGISCHE VERFAHREN Die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe durch die enzymatische Synthese von biobasierten Chemikalien sowie die fermentative Herstellung der Biokatalysatoren oder anderer Stoffwechselprodukte, wie beispielsweise organische Lösungsmittel und Säuren, sind Zielstellungen innerhalb der Arbeitsgruppe»Biotechnologische Verfahren«. Ergänzt wird die Fermentationstechnik durch eine Kultivierungsplattform für Mikroalgen. Als natürliche und nachhaltige aquatische Rohstoffquelle, die eine Vielzahl chemischer Grundstoffe (wie z. B. essenzielle Fettsäuren, Vitamine oder Pigmente) und eine leicht vergärbare Biomasse liefert, bieten Mikroalgen eine ideale Plattform für stofflich / energetisch gekoppelte Verfahren. Das Team verfügt über ein breites bioverfahrenstechnisches Know-how zur Skalierung und Prozessintensivierung, wobei die im Labormaßstab entwickelten Verfahren hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit in den industrierelevanten Maßstab im Vorfeld bewertet und bei der Übertragung und Skalierung iterativ optimiert werden. Hierzu zählen etwa die Anpassung von Prozessführungsstrategien (Batch, Fed-Batch, kontinuierlich) und eine integrierte Produktaufreinigung zur Reduktion von Prozessschritten oder die Wiederverwendung der Biokatalysatoren (z. B. durch Immobilisierung an Trägermaterialien). Leistungsspektrum Kultivierung Fermentation von verschiedenen Mikroorganismen: Reaktorkaskade mit Nennvolumen von 10, 100, 300, 1000 und L, ausgestattet mit je vier Vorlagebehältern (Säure, Lauge, Antischaum, Nährstofflösung), umfassender Automatisierung, Mess- und Regeltechnik (Drehzahl, Temperatur, Kopfraumdruck, ph-wert, Gelöstsauerstoff, Respiration, Methanolkonzentration) UHT-Anlage zur kontinuierlichen Sterilisation von Fermentationsmedien Sackentladestation und Dispergiermaschine bis 1000 kg / h Produktion von beispielsweise organischen Lösungsmittel mithilfe eines Fermenters in ATEX-Ausführung (Nennvolumen 75 L) Kontinuierliche Prozessführung bei Fermentationen durch Zellrückhaltung (sterilisierbare Cross-Flow-Filtrations anlage) Vollautomatisierte Pilotanlage zur Kultivierung von Mikroalgen (Gewächshaus und Freiland) basierend auf Flat-Panel-Airlift-Reaktortechnologie Indoor: fünf Module mit je fünf 6-L-Reaktoren, fünf Module mit je fünf 30-L-Reaktoren, drei Module mit je fünf 180-L-Reaktoren Insgesamt 65 Reaktoren mit 3,6 m 3 Inhalt Outdoor: ein Modul mit fünf 180-L-Reaktoren, vier Module mit je zehn 180-L-Reaktoren insgesamt 45 Reaktoren mit 8,1 m 3 Inhalt Die Ausstattung umfasst ein zentrales mikrobiologisches Labor, zwei modular aufgebaute Technikumshallen der biologischen Sicherheitsstufe 1 sowie ein Gewächshaus und eine Freilandanlage zur Algenkultivierung. Enzymatische Umsetzungen Reaktionen für enzymkatalysierte Reaktionen (500 (mobil), 1300, 2000, 5000 und L, gerührt, temperierbar) Enzymatische Hydrolyse / Modifikation von Faserstoffen (spezielle Rührerkonfiguration für hohe Viskositäten) 8

9 3 4 Kontakt Produktaufarbeitung und Konfektionierung Ernte der Fermentationssuspension sowie Zwischenlagerung von Produktlösungen über gerührte und temperierbare Behälter (500 (mobil), 2000, 5000 und L) Biomasseabtrennung (Tellerseparatoren 1 2 m 3 / h, 0,5 1 m 3 / h, Vakuumtrommelzellenfilter 0,5 m² und Filterpresse 1,6 m²) Zellaufschluss (Homogenisator 0,4 m 3 / h, 1000 bar, optional mit anschließender Durchflusskühlung) Membranfiltration (MF / UF) für Entsalzungs- und Produktkonzentrierungsprozesse 20 / 17 m 2 (0,2 µm / 10 kda), 3 / 5 m 2 (0,2 µm / 10 kda, sterilisierbar) Feinreinigung über Flüssigchromatographie (35 L Säulenvolumen) Kristallisatoren (180 L, 800 L) mit nachgeschaltetem Vakuumfiltertrockner (0,5 m 2 ) in ATEX-Ausführung Sprüh- (7 kg / h) und Gefriertrocknung (0,8 m 2 ) zur Konfektionierung der Produkte Dr.-Ing. Katja Patzsch Gruppenleiterin Biotechnologische Verfahren Telefon katja.patzsch@cbp.fraunhofer.de Aktuelle Fragestellungen Entwicklung von Fermentationen zur Gewinnung von organischen Säuren (z. B. Itakonsäure, Äpfelsäure, Xylonsäure) sowie Adaption an Lignocellulose-Zucker, Scale-up und Etablierung von Aufarbeitungsstrategien Fermentative Herstellung von organischen Lösungsmitteln (Aceton, Butanol, Ethanol, Isopropanol) aus Lignocellulose-Hydrolysaten Prozessentwicklung zur Gewinnung neuer technischer Enzyme Analytikausstattung Labore für mikrobiologische Untersuchungen Qualitative und quantitative Methoden zur Bestimmung der optischen Dichte und Biotrockenmasse, der Konzentration von Zuckern, Alkoholen und organischen Säuren, Proteinanalytik Verschiedene Assays zur Enzymaktivitätsmessung Online-Messung der Alkoholkonzentration im Reaktor und CO 2 / O 2 im Fermentationsabgas 1 Bakterien auf einer Agarplatte. 2 Technikum zur Aufarbeitung von Fermentationsprodukten. 3 Vollautomatisierte Freiland-Anlage zur Kultivierung von Mikroalgen. 4 Mikroskopaufnahme von Mikroalgen. 9

10 1 2 CHEMISCHE VERFAHREN Der Bereich konzentriert sich auf die verfahrenstechnische Entwicklung chemischer Prozesse zur Herstellung von biobasierten Grund- und Feinchemikalien für eine Weiterverarbeitung in der chemischen, pharmazeutischen oder Lebensmittelindustrie. Hierbei spielt neben neuen Verfahrenskonzepten auch die Optimierung der Rohstoff- und Energieeffizienz bestehender Prozesse eine wichtige Rolle. Unter anderem werden auch Methoden der vertikalen Integration zur Flexibilisierung der Prozesse angewendet. Etablierte Verfahren können angepasst und unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten optimiert werden. Dabei betrachten wir nicht nur biobasierte Rohstoffe, sondern untersuchen auch Verfahren zur Herstellung petrochemischer Produkte. Das Leistungsspektrum reicht hierbei von der Abbildung der Prozessparameter im Labor- und Technikumsmaßstab über die Simulation und Modellierung der Prozesse und Reaktoreinheiten bis hin zum Scale-up in den Pilotmaßstab. Mit dem installierten Equipment können auch apparate- und verfahrenstechnisch anspruchsvolle Umsetzungen unter hohen Drücken (350 bar) und Temperaturen (bis 500 C) realisiert werden. Zu nennen sind beispielsweise Gasphasenreaktionen mit Wasserstoff, Sauerstoff oder Ammoniak sowie Reaktionen in Gegenwart von brennbaren Substanzen, in stark alkalischem oder saurem Milieu oder in nah- und überkritischer wässriger Phase. Mithilfe moderner Simulationstools (CHEMCAD) werden, gemeinsam mit unseren Projektpartnern, die entwickelten Verfahren hinsichtlich Energie- und Rohstoffeffizienz bewertet und dadurch die Weiterentwicklung unterstützt. Die Pilotierung der Prozesse erlaubt zudem, relevante Produktmengen herzustellen, etwa für eine Bemusterung oder die Validierung der Stoffströme für nachfolgende Prozessschritte. Leistungsspektrum Mit der am Fraunhofer CBP vorhandenen Ausstattung können wir eine Vielzahl etablierter Reaktionsarten darstellen und Umsetzungen in der Gas- oder Flüssigphase, aber ebenso mit Feststoffen realisieren. Dabei liegt der Schwerpunkt vor allem bei katalytischen Reaktionen zur (De-)Funktionalisierung biogener Rohstoffe. Vor der Pilotierung können im 0,1- bis 10-Liter-Maßstab Machbarkeitsstudien durchgeführt oder die gewünschte Synthesestufe angepasst werden. Kontinuierliche und diskontinuierliche Reaktoren werden zum Scale-up in den Technikums- und Pilotmaßstab verwendet, um Umsätze im Kilogramm- bis Tonnen-Maßstab zu demonstrieren. Diese sind unter ATEX-Richtlinien Zone 2 ausgeführt. Insbesondere zu erwähnen sind: Rührkesselreaktoren für diskontinuierliche Reaktionen unter atmosphärischen Bedingungen mit einer Kapazität von 1 L, 10 L und 100 L Rührreaktoren zur Abbildung von Druckreaktionen bis zu 200 bar bei 300 C mit einer Kapazität von 0,3 L, 1,2 L und 50 L, geeignet für homogen und heterogen katalysierte Reaktionen in der Gas- und Flüssigphase Strömungsrohrreaktoren mit einer Flussrate von 5 20 kg Edukt / h für hydrothermale Umsetzungen in der Gas- oder komprimierter Phase Zur Ausstattung gehören ebenfalls verschiedene Geräte zur instrumentellen Analytik der Stoffströme, wie GC (Gaschromatographie), HPLC (Hochdruckflüssigkeitschromatographie), MS (Massenspektroskopie), GPC (Gelpermeationschromatographie) oder UV-VIS- / IR-Spektroskopie, die zum Teil auch online zur Reaktionskontrolle verwendet werden. 10

11 3 Kontakt Dr. Daniela Pufky-Heinrich Gruppenleiterin Chemische Verfahren Telefon cbp.fraunhofer.de Aktuelle Fragestellungen Katalytische Umsetzung von Ligninen zu aromatischen Molekül-Bausteinen Chemische Derivatisierung zum Aufbau von Epoxyd- oder Acrylatsystemen Katalytische Hydrierung oder Oxidation biogener Substrate Kontinuierliche Oligomerisierung und Additionsreaktionen von Olefinen Technische Bewertung von Verfahrensschritten, auch im Hinblick auf deren Flexibilisierungsmöglichkeit 1 Hochdruck-Reaktionsanlage mit kontinuierlich betriebenem Strömungsrohrreaktor Liter-Hochdruck-Rührkesselreaktor. 3 HPLC zur Prozesskontrolle. 4 Hochdruck-Strömungsrohrreaktor zur Durchführung chemokatalytischer Umsetzungen. 4 11

12 1 2 PRODUKTAUFARBEITUNG Der Bereich Produktaufarbeitung beinhaltet die verfahrenstechnische Entwicklung von Prozessen zur Aufarbeitung von Produktmischungen und ist naturgemäß stark mit den anderen Bereichen am Fraunhofer CBP vernetzt. Für kundenspezifische Anwendungen werden neue maßgeschneiderte Aufarbeitungsverfahren zur Wertstoffabtrennung und Wertstoffaufreinigung entwickelt, skaliert und evaluiert. Unser schrittweises Vorgehen umfasst die Konzeption geeigneter Verfahren, die Simulation und Modellierung der Prozesse und deren Abbildung im Technikums- und Pilotmaßstab. Dabei wird die industrielle Umsetzbarkeit der Verfahren bereits im Labormaßstab bewertet und daraufhin optimiert. Aus diesen Versuchen können wir unseren Partnern und Kunden Produktmuster für eine anwendungstechnische Charakterisierung zur Verfügung stellen. Die Produktaufarbeitung und -konditionierung bestimmt maßgeblich die Effizienz der gesamten Prozesskette und wird am Fraunhofer CBP als Prozessschritt direkt in die Verfahrensentwicklung integriert. Prozessbegleitend werden analytische Methoden angewendet, um die stoffliche Zusammensetzung der Produktlösungen bewerten zu können. Die Prozesssimulation und -modellierung mit CHEMCAD dient zur Bewertung und Optimierung von Parametern. So lassen sich Verwertungsstrategien ganzzeitlich entlang der Prozesskette von der Rohstoffaufarbeitung über die Konversion bis zur Produktaufreinigung über mechanische und thermische Trennverfahren darstellen. Innerhalb zahlreicher Vorhaben wurde dieses Vorgehen bereits demonstriert. Leistungsspektrum Neben den bereits genannten Prozesseinheiten stehen am Fraunhofer CBP folgende Anlagen zur Produktaufreinigung und -konditionierung zur Verfügung: Destillationskolonnen zur Aufarbeitung unter atmosphärischem Druck und im Vakuum mit Kapazitäten von 1 L / h bis 80 L / h Fallfilm-, Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer zur Destillation im Vakuum bis zu 350 C und mit Durchsätzen bis zu 60 L / h Anlage zur Flüssig-Flüssig-Extraktion mit einem maximalen Durchsatz von 85 kg / h Einheit zur Fest-Flüssig-Extraktion mit einer Kapazität von 25 L Anlage zur Hochdruckextraktion im kontinuierlichen und diskontinuierlichen Betrieb mit flüssigem Propan und überkritischen Kohlenstoffdioxid für Extraktionsraten bis zu 10 kg / h Alle Anlagen sind nach ATEX ausgeführt (Zone 2, Hochdruckextraktion Zone 1). 12

13 3 Kontakt Dipl.-Chem. (FH) Gerd Unkelbach Telefon Aktuelle Fragestellungen Gewinnung hochwertiger Extraktstoffe aus Neben- und Seitenströmen NaWaRo-verarbeitender Prozessindustrie durch Flüssig-Flüssig-Extraktion mit organischen Lösungsmitteln oder unter hohen Drücken mit flüssigem Propan und überkritischem Kohlenstoffdioxid Aufarbeitung von Fermentationslösungen und Gewinnung von Feinchemikalien Entwicklung alternativer Aufschluss- und Separationsmethoden für die Gewinnung von Wertstoffen aus Ölsaaten Gewinnung organischer Komponenten aus Prozessabwässern durch thermochemische Umwandlung von Biomasse und anschließender Extraktion / Destillation Extraktion hochwertiger Inhaltsstoffe aus Algenbiomasse 1 Vakuumdestillationsanlage zur Trennung hochsiedender Stoffgemische. 2 Anlage zur Hochdruckextraktion mit l-propan oder sc-kohlenstoffdioxid. 3 Geschälte Rapssaat vor der Extraktion. 4 Produktabfüllung der Vakuumdestillations anlage. 4 13

14 FRAUNHOFER CBP IN NETZWERKEN Spitzencluster BioEconomy Hydrogen Power Storage and Solutions East Germany (HYPOS) Der Spitzencluster BioEconomy verbindet die für die Bio- Zentrales Thema des HYPOS-Netzwerkes ist die umfassende ökonomie relevanten Forschungs- und Industriebereiche in Nutzung von Strom, insbesondere des temporären Stromüber- Mitteldeutschland. Ziel des Clusters ist die nachhaltige Wert- schusses aus Wind, Sonne und Biomasse, zur wirtschaftlichen schöpfung aus Non-Food-Biomasse wie Holz zur Herstellung Erzeugung von Wasserstoff via Elektrolyse in großtechnischem von Werkstoffen, Chemieprodukten und Energie. Bei der Maße. Wasserstoff als chemischer Energieträger kann damit Skalierung und industriellen Umsetzung der entwickelten der Wirtschaft vielgestaltig als chemischer Grundstoff, als Produktionsverfahren übernimmt das Fraunhofer CBP eine Kraftstoff für mobile Anwendungen, zur Wärmeerzeugung zentrale Rolle. aber auch zur Elektroenergieerzeugung zur Verfügung stehen. Innerhalb von HYPOS agiert das Fraunhofer CBP als Forschungspartner hauptsächlich für die Nutzung des regenerativ erzeugten Wasserstoffs, z. B. in Power-to-Chemicals- Wissenschaftscampus Pflanzenbasierte Bioökonomie Verfahren. Halle (WCH) Der Wissenschaftscampus Halle verfolgt den systematischen und nachhaltigen Aufbau eines disziplinübergreifenden Kompetenzzentrum für Holzverbundwerkstoffe und Zentrums für pflanzenbasierte Bioökonomie. Damit liefert der Holzchemie (Wood k plus) WCH wichtige Grundlagen für zukünftige Anwendungen, wie sie im regional benachbarten Spitzencluster BioEconomy wirt- Das Kompetenzzentrum Wood k plus gehört zu den führen- schaftlich umgesetzt werden sowie interdisziplinär geschulte den Forschungseinrichtungen auf den Gebieten der Holzver- Fachkräfte für die Wirtschaft. Das Fraunhofer CBP ist assoziier- bundwerkstoffe und der Holzchemie. Das Fraunhofer CBP ist tes Mitglied des WCH. Partner im COMET-Programm (Competence Center of Excel- lent Technologies) und bringt dort seine Kompetenzen in den Bereichen Lignocellulose-Fraktionierung sowie Entwicklung biotechnologischer und chemischer Prozesse ein. 1 Detailansicht eines Flatpanel-Airlift-Reaktors zur Kultivierung von Mikroalgen. 14

15 Fraunhofer CBP Institutsteil Leuna des Fraunhofer IGB Im Jahre 2009 erfolgte der Aufbau des Fraunhofer- Zentrums für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP als Projektgruppe des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB am Chemiestandort Leuna. Am 2. Oktober 2012 wurde das neue Gebäude in Gegenwart von Bundeskanzlerin Angela Merkel eingeweiht. Nach Ablauf der fünfjährigen Anschubfinanzierung und erfolgreicher Evaluierung im Jahr 2014 wurde die Projektgruppe in die Bund-Länder-Finanzierung der Fraunhofer- Gesellschaft überführt und damit zu einem dauerhaften Institutsteil des Fraunhofer IGB

16 Fraunhofer-Zentrum für Chemisch- Biotechnologische Prozesse CBP Am Haupttor Tor 12, Bau Leuna Telefon Fax Leiter Fraunhofer CBP Dipl.-Chem. (FH) Gerd Unkelbach Telefon BR cbp cbp de gedruckt auf Recyclingpapier Fraunhofer IGB 1