Insgesamt werden im Vorhaben vier hochwertige Sekundärrohstoffe:

• ​​​​Fasern,
• Cellulasen,
• Polyhydroxyalkanoate (PHA),
• Biogas,

sowie zwei fertige Produkte:

• bioabbaubare Pflanztöpfe,
• Dünger,

durch die Bioraffinerie hergestellt. Der Großteil der im Prozess anfallenden Reststoffe werden im Kreis geführt. Die Bioraffinerie wird auf dem Gelände der Bioabfallvergärungsanlage der Abfallwirtschaft Rems-Murr in Backnang-Neuschöntal aufgebaut und betrieben.

Projektkonsortium und Aufgaben

Das Projekt läuft von Oktober 2021 bis März 2024 und wird durch das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, kofinanziert durch die Europäische Union, gefördert. Die Gesamtprojektkoordination wird durch das Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart vorgenommen.

Aufbereitung der Substrate und Prozesstechnik

Das Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart beschäftigt sich mit der Aufbereitung und Charakterisierung der kommunalen Bioabfälle im Pilotmaßstab. Diese werden auf der bestehenden Bioabfallvergärungsanlage weitergehend aufbereitet und von Störstoffen befreit.

Das Team der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie an der Universität Hohenheim testet dabei ein innovatives Verfahren zur Auftrennung des Bioabfalls, welche die nachfolgende hochwertige stoffliche Nutzung erleichtert. Um dies zu erreichen, wird der Bioabfall in einer Thermodruckhydrolyse erhitzt und anschließend aufgeschlossen.

Nach dem Aufschluss wird die Flüssigkeit abgepresst und in einer zweistufigen Hochleistungsbiogasanlage verwertet. Diese Anlage besteht aus einem Festbettreaktor mit vorgeschalteter Hydrolyse. Der Aufbau erlaubt die Verwertung sehr flüssiger Substrate sowie eine flexible Biogasproduktion. Diese unterstützt darüber hinaus mit Blick auf die Anwendung volatile erneuerbare Energien wie Wind und Photovoltaik und stellt somit eine entscheidende Systemdienstleistung zur Verfügung.

Die abgetrennten Fasern wiederum werden getrocknet und anschließend gesiebt um sie in verschiedene Längen einzuteilen. Diese können anschließend unterschiedlichen Verwertungswegen zugeführt werden.

Gewinnung von Sekundärrohstoffen und Produkten

Die Novis GmbH, verarbeitet die Faseranteile im Projekt zu Produkten: Faserbasierte Pflanztöpfe und Essgeschirr aus einem Faser-Biokunststoffverbund sollen in größeren Stückzahlen produziert werden. Die übrigen Grobfasern werden von ökologisch wirtschaftenden Landwirten als Mulchmaterial eingesetzt. Sie reduzieren den Wasserverbrauch der Pflanzen, vermeiden Unkraut und bringen CO2 dauerhaft in den Boden ein.

Das Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) befasst sich mit der Nährstoffrückgewinnung: Speziell werden Mehrnährstoffdünger und Ammoniumdünger, oder Rohstoffe dafür, aus dem Gärrest des neuen Biogasreaktors zurückgewonnen. Der verbleibende nährstoffarme Flüssiggärrest kann zum Teil in den Prozess zurückgeführt oder, durch die vorherige Stickstoff-Abreicherung, ohne Sorge vor steigenden Nitratkonzentrationen im Grundwasser als Beregnungswasser ausgebracht werden.

Das Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie (IGVP) der Universität Stuttgart übernimmt die Produktion von PHA. Zielstellung hierbei ist die biologische Produktion von PHA mit einem hohen Valeratanteil, um die Fermentations- und Aufreinigungsprozesse zu optimieren, diese Prozesse bis zum 1000-L-Fermentationsmaßstab aufzuskalieren und Mustermengen für die Kunststoffherstellung zu Verfügung zu stellen.

Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart wiederum beschäftigt sich mit der Aufbereitung des produzierten PHAs zu marktfähigen Kunststoffen.

Wie die meisten konventionellen Polymere auch, können die Biopolymere der PHA-Familie nicht in Reinform verarbeitet werden. Daher sollen sie im Doppelschneckenextruder mit geeigneten Zusatzstoffen so zu Biokunststoffen aufbereitet werden, dass die Verarbeitung auf gängigen Maschinen der Kunststofftechnik möglich wird. Dies soll helfen, den Weg zu einem industriellen Einsatz von PHA zu ebnen.

Die Hochschule Offenburg übernimmt die biotechnologische Enzymproduktion aus dem Bioabfall. Diese Enzyme können projektintern eingesetzt werden, um die Cellulosebestandteile in der Biotonne in biologisch leicht verwertbare Zuckerbausteine zu spalten. Die geplanten mikrobielle Umsetzungen der Projektpartner wie zum Beispiel die Herstellung von Biopolymeren (in Form von PHA) oder die Biogaserzeugung könnten dadurch effizienter stattfinden.

Ökonomische und ökologische Bewertung

Das Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart führt eine ökonomische Analyse und Bewertung der Technologien sowie des Gesamtverfahrens durch. Dabei werden betriebswirtschaftliche und sektorspezifische bzw. gesamtwirtschaftliche Kenndaten berücksichtigt. In Kooperation mit dem ifeu Heidelberg sollen im Rahmen eines gesamtheitlichen Ansatzes auch ökologische Effekte in ein ökonomisches Bewertungsschema integriert werden.

Das ifeu Heidelberg übernimmt hierbei die ökologische Begleitforschung. Dies erfolgt über die gesamte Laufzeit des Forschungsprojekts hinweg, so dass sichergestellt werden kann, dass zum Projektende ein aus ökologischer Sicht optimiertes Produktionssystem erreicht wurde. Die Bioabfallmassen werden nämlich auch bereits heute verwertet. Für diese Verwertungssysteme im Status Quo sowie weitere Optimierungsansätze werden ebenfalls ökologische Bewertungen durchgeführt, die als Benchmark für BW2Pro dienen.

Kommunikation und Technologietransfer

Die BIOPRO Baden-Württemberg stellt die Anschlussfähigkeit des Vorhabens an Wirtschaft und Gesellschaft durch begleitende Maßnahmen der Kommunikation und des Technologietransfers sicher.