Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg fördert gemeinsam mit der EU-Kommission im Rahmen des EFRE-Förderprogramms „Bioökonomie Bio-Ab-Cycling“ den Bau und die Umsetzung von fünf modularen Bioraffinerien.
In einer nachhaltigen Bioökonomie werden Abwasser- und Abfallbehandlungsanlagen zu wichtigen Rohstofflieferanten. Ziel ist es, aus Abfall und Abwasser Rohstoffe für Produkte zu gewinnen, die wieder in den Wirtschaftskreislauf gebracht und einer ökonomischen Nutzung zugeführt werden.
So können in Kläranlagen aus Abwasser Plattformchemikalien wie Ameisensäure, Ammonium oder Wasserstoff gewonnen werden. Auch aus Bioabfall können Produkte gewonnen werden wie Fasern zur Verwendung in Blumentöpfen oder Polyhydroxyalkanoat (PHA), ein biologisch abbaubarer Stoff, mit dem biobasierte Kunststoffe hergestellt werden, oder Dünger und Biogas.
Durch die geförderten Projekte werden Verfahren, die im kleinen Maßstab bereits funktionieren, in Demonstrations- und Pilotanlagen im Sinne einer Raffinerie kombiniert und erprobt. Dies ist eine wichtige Zwischenstufe, bevor im nächsten Schritt die Verfahren in Kommunen oder in der Industrie zum Einsatz kommen.
Es werden rund 19 Millionen Euro an Fördergeldern eingesetzt, davon rund 7,7 Millionen Euro der Europäischen Union und rund 11,2 Millionen Euro des Landes Baden-Württemberg. Zusätzlich fördert das Land die „Fachinitiative zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfall und Abwasser“ als Innovationsökosystem, also als räumlich begrenztes Cluster, in dem sich verschiedene Akteure miteinander vernetzen, um gemeinsam Innovationen voranzutreiben.
Es werden folgende Projekte gefördert:
Auf dem Lehr- und Forschungsklärwerk der Universität Stuttgart in Büsnau werden drei Produkte aus dem kommunalen Abwasser gewonnen: Ammonium, Wasserstoff und Polyhydroxyalkanoate (PHA).
Ein entscheidendes Ziel des Projektes ist, dass die Nutzung des partikulären organischen Kohlenstoffs des kommunalen Abwassers nicht wie bisher nur in der Produktion des vergleichsweise billigen und klimarelevanten Gases Methan besteht, sondern nachhaltigere Produkte entstehen. Parallel dazu erfolgt die Reinigung des weitgehend partikelfreien Abwassers im Hauptstrom. Hier wird Ammonium zurückgewonnen, das als Stickstoffdünger für den Landbau verwendet werden kann.
Der Großteil des partikulären organischen Kohlenstoffs wird durch Sedimentation in der Vorklärung gewonnen. Mehr als 50 Prozent des gesamten organischen Kohlenstoffs im kommunalen Abwasser ist in Feststoffen gebunden und liegt nicht gelöst vor. Die im Ablauf der Vorklärung noch vorhandenen Partikel werden mithilfe eines Mikrosiebs aus dem kommunalen Abwasser abgetrennt.
Aus dem partikulären organischen Kohlenstoff kann über eine biochemische Aufspaltung mit Wasser Hydrolysat gewonnen werden. Das Hydrolysat ist reich an organischen Säuren und wird in einem neuartigen Reaktorsystem bioelektrochemisch zu Wasserstoff und CO2 umgesetzt.
In einem weiteren Schritt werden die in den vorangegangenen Prozessen erzeugten Stoffströme (Hydrolysat) zu Polyhydroxyalkanoaten (PHA) umgewandelt. Mit Polyhydroxyalkanoat lassen sich bio-basierte Kunststoffe herstellen.
Projektkoordination:
DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) DVGW-EBI
Prof. Dr. Harald Horn
Projektpartner:
- Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
- CUTEC Forschungszentrum der Technischen Universität Clausthal, Abwasserverfahrenstechnik
- Technische Universität Hamburg, Institut für technische Mikrobiologie (TMI)
- Umwelttechnik BW GmbH, Landesagentur für Umwelttechnik und Ressourceneffizienz Baden-Württemberg
- Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau Wassergüte- und Abfallwirtschaft – Lehr- und Forschungsklärwerk
- University of Southampton (Assoziierter Partner)
Fördersumme: circa 2,3 Millionen Euro
EU-Mittel: circa 940.000 Euro
Landesmittel: circa 1,4 Millionen Euro
Weitere Informationen
Fraunhofer IGB: Start für Bioraffinerie-Projekt zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abwasser
Bei dem Projekt InBiRa wird erstmals eine Insektenbioraffinerie gebaut, in welcher Abfall- und Restströme in neue hochwertige Produkte umgewandelt werden.
Möglich machen es die Insektenlarven der schwarzen Soldatenfliege. Durch die Larven bestehen aus Proteinen, Fetten und Chitin, woraus neue Produkte hergestellt werden können.
Zunächst werden die Abfall- und Restströme aus dem Lebensmittelbereich, zum Beispiel überlagerte Lebensmittel oder Essensreste aus Kantinen, so aufbereitet, dass diese die Insektenlarven effizient verwerten können und schnell heranwachsen. Im Anschluss werden die Larven weiterverarbeitet. Die Insektenbiomasse ist reich an Fett und Proteinen und wird in der Insektenbioraffinerie in verschiedene Fraktionen aufgetrennt:
- Das Rohfett kann zu Schmierstoffen, Kraftstoffen oder Reinigungsmitteln umgesetzt werden. Der besondere Vorteil: Das Rohfett besitzt durch seinen hohen Anteil an Laurinsäure eine ähnliche Fettsäurezusammensetzung wie Kokos- oder Palmkernöl und bietet somit eine Alternative zu tropischen Ölen.
- Der Proteinanteil der Insekten dient der Herstellung von Klebstoffen, Bindemitteln, Beschichtungen oder Verpackungsfolien. Die Reste, welche bei der Aufbereitung der Insektenlarven entstehen, werden auf andere Verwertungswege hin untersucht – wie die Gewinnung von Chitosan oder die Nutzung als Düngemittel. Chitosan ist ein abbaubares Biopolymer, das beispielsweise zur Herstellung von Schutzfilmen für Kleidungsstücke verwendet werden kann.
Das Projekt InBiRa untersucht die Machbarkeit der Herstellung sowie die Marktfähigkeit verschiedener Produkte aus den raffinierten Insektenlarven in enger Kooperation mit möglichen Nutzergruppen. Zudem wird der gesamte Herstellungsprozess einer umfassenden Nachhaltigkeitsbewertung und Ökobilanzierung unterzogen.
Projektkoordination:
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Dr. Susanne Zibek
Projektpartner:
- Hermetia Baruth GmbH
- ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg gGmbH
- Universität Stuttgart, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie
- Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau Wassergüte- und Abfallwirtschaft
- PreZero Stiftung & Co. KG (assoziierter Partner)
Gesamtsumme: circa 4 Millionen Euro
Fördersumme: circa 3,8 Millionen Euro
EU-Mittel: circa 1,6 Millionen Euro
Landesmittel: circa 2,2 Millionen Euro
Das Projekt InBiRa auf Youtube
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Film: Mit Insekten hochwertige Rohstoffe gewinnen – InBiRa [Youtube-Video; ohne Audiodeskription]
Weitere Informationen
In der Bioabfallraffinerie BW2Pro soll täglich eine Tonne Bioabfall in hochwertige Produkte und Rohstoffe verarbeitet werden. Mittels hohen Drucks und hohen Temperaturen wird der Bioabfall aufgespalten und in eine faserhaltige feste und in eine flüssige Fraktion getrennt. Es werden nahezu alle Anteile des Bioabfalls weiterverarbeitet oder genutzt.
Mittlere Fasern werden zu Produkten wie Blumentöpfen gepresst. Kurze Fasern dienen als Kohlenstoffquelle für die Produktion von Cellulase, das zum Beispiel in vielen Waschmitteln enthalten ist.
Die flüssige Fraktion wird zur Biogasgewinnung vergoren und deren Gärreste als Dünger eingesetzt. Ein Teil der flüssigen Anteile wird zur Erzeugung von biologisch abbaubarem Biokunststoffen verwendet.
Das Projekt BW2Pro wird auf einer bereits bestehenden Biogasanlage der Abfallwirtschaft Rems-Murr in Backnang integriert. Die Abfallwirtschaft Rems-Murr wurde bereits frühzeitig in die Planung des Projektkonsortiums eingebunden. Ebenso unterstützen Verbände das Projekt vor Ort.
Das Projekt zeigt, wie Bioabfall in kommunalen Biogasanlagen verwertet werden kann. Hier ist der modulare Aufbau des Projekts von großer Bedeutung, da einzelne Module auf bestehenden Anlagen integriert werden könnten und somit die bestehende Technik ergänzen.
Projektkoordination:
Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft
Dr. Claudia Maurer
Projektpartner:
- Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
- Hochschule Offenburg, Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik
- ifeu – Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg gGmbH
- NOVIS GmbH
- Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie
- Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung
- Universität Stuttgart, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie
- Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik
- Abfallwirtschaft Rems-Murr (Anstalt des öffentlichen Rechts) (assoziierter Partner)
Gesamtsumme: circa 5,95 Millionen Euro
Fördersumme: circa 5,87 Millionen Euro
EU-Mittel: circa 2,38 Millionen Euro
Landesmittel: circa 3,49 Millionen Euro
Weitere Informationen
ifeu gGmbH: Biowaste to Products (BW2Pro)
Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie: BW2Pro
Novis – Waste Valorization: Industrielle Biotechnologie
Deutscher Bauernverband e. V.: Faserreiche Stoffe im Mittelpunkt der Innovationen
Beim Projekt SmartBioH2-BW soll eine Bioraffinerie in die bestehende Industrieumgebung der Evonik Operations GmbH in Rheinfelden integriert werden – unter Nutzung von dort anfallenden industriellen Abwasser- und Reststoffströmen.
Die Bioraffinerie basiert auf zwei Verfahren der biotechnologischen Wasserstofferzeugung, die miteinander verknüpft sind:
In einem geschlossenem Bioreaktor werden unter Verwendung von Purpurbakterien Wasserstoff (H2) und weitere Produkte wie Carotinoide gewonnen. Als Nebenprodukt fällt Kohlenstoffdioxid (CO2) an.
Das Kohlenstoffdioxid wird der angekoppelten Mikroalgenanlage zugeführt. Dort wird es in der Algenbiomasse gebunden – unter Freisetzung von weiterem Wasserstoff oder sonstigen Produkten wie Proteinen oder Lutein. Neben der Bindung des Kohlenstoffdioxids dient der Prozess dazu, die Wasserstoff-Ausbeute zu steigern und die Produktpalette der Bioraffinerie zu erweitern.
Die Bioraffinerie soll über den gesamten Planungs- und Entwicklungsprozess hinweg nach ökologischen, wirtschaftlichen und sozialen Kriterien analysiert und optimiert werden. Die Projektpartner:innen entwickeln eine auf weitere „Biofabriken“ übertragbare, ganzheitliche Bewertungssystematik, mit der die relevanten Umweltauswirkungen und wirtschaftlichen Zusammenhänge erfasst werden können.
Projektkoordination:
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Dr. Ursula Schließmann
Projektpartner:
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
- Universität Stuttgart, Institut für Biomaterialien und biomolekulare Systeme IBBS
- Universität Stuttgart, Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP
- Evonik (assoziierter Partner)
Gesamtsumme: circa 3,0 Millionen Euro
Fördersumme: circa 3,0 Millionen Euro
EU-Mittel: circa 1,2 Millionen Euro
Landesmittel: circa 1,8 Millionen Euro
Weitere Informationen
Kläranlagen arbeiten heute schon sehr gut, wenn es darum geht, die Gewässer zu schützen. Das Neue am Konzept des Projektes „RoKKa“ ist, dass wie in einer Bioraffinerie aus Abwasser Rohstoffe gewonnen werden. Auf der kommunalen Kläranlage Erbach wird die Produktion von Wertstoffen auf Kläranlagen in innovativen Pilotanlagen erforscht und demonstriert. Stickstoff-Rückgewinnung, Phosphor-Rückgewinnung, CO2-Abtrennung und CO2-Nutzung, Elektrosynthese und Mikroalgenproduktion kommen zum Einsatz. RoKKa erprobt die bioökonomischen Ansätze am Standort der kommunalen Kläranlage in Erbach.
Aus dem nach der Faulung abgetrennten Schlammwasser werden Nährstoffe gewonnen, die entweder als Dünger in der Landwirtschaft oder direkt zur Algenproduktion genutzt werden können. Das CO2 im Biogas der Faulung wird abgetrennt und zu einer Basis-Chemikalie verarbeitet.
Ein wichtiger Aspekt von RoKKa ist, dass im Projekt neben dem Gewässerschutz auch der Klimaschutz und die Bioökonomie als Zielstellung für den Betrieb von Kläranlagen aufgenommen werden. Insbesondere der Lachgasausstoß von Kläranlagen, welches um das 265-fache klimaschädlicher ist als Kohlenstoffdioxid, soll durch die Arbeiten in RoKKa reduziert werden.
Das Demonstrationsprojekt RoKKa soll eine flächendeckende Übertragbarkeit der bioökonomischen Ansätze in Baden-Württembergs Kläranlagen und darüber hinaus bewirken. Der Zweckverband Klärwerk Steinhäule, der am Projekt RoKKa beteiligt ist, überprüft die Übertragbarkeit der bioökonomischen Lösungen auf einen weiteren Standortdirekt im Projekt.
Projektkoordination:
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Dr. Marius Mohr
Projektpartner:
- Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
- Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB – BIOCAT
- Deukum GmbH
- Nanoscience for Life GmbH & Co KG
- SolarSpring GmbH
- Stadt Erbach
- Umwelttechnik BW GmbH
- Universität Kassel Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft
- Universität Stuttgart, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie
- Technische Universität Kaiserslautern Fachgebiet Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung
- Zweckverbund Klärwerk Steinhäule
Gesamtsumme: circa 3,93 Millionen Euro
Fördersumme: circa 3,83 Millionen Euro
EU-Mittel: circa 1,57 Millionen Euro
Landesmittel: circa 2,26 Millionen Euro
Weitere Informationen
Portal Umwelttechnik Ressourceneffizienz Baden-Württemberg: RoKKa – Rohstoffquelle Kläranlage
Fraunhofer IGB: Wegweisendes Pilotprojekt RoKKa erzeugt Dünger und Rohstoffe aus Abwasser
Die Fachinitiative Bioraffinerien zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfall und Abwasser hat das Ziel, die verschiedenen Projektpartnerinnen und Projektpartner im Rahmen des gleichnamigen EFRE-Förderprogramms miteinander zu vernetzen und regionale Rohstoffkreisläufe zu schaffen.
Der enge Austausch von Informationen und Erfahrungen während der Umsetzung unterstützt den Fortschritt der geförderten Demonstrations- und Pilotprojekte und macht die Erkenntnisse weiteren Stakeholdern zugänglich.
Um eine erfolgreiche Marktakzeptanz der hergestellten Produkte zu erreichen, werden Projektpartner, weitere Stakeholder und interessierte Parteien dabei unterstützt, Verwertungswege für die Produkte und ihre Absatzmöglichkeiten zu erarbeiten.
Die verschiedenen Ansätze von Bioraffinerien und damit erzeugte Produkte werden aktiv im Land beworben. Erarbeitete Lösungen und Erkenntnisse werden einem großen Unternehmenspublikum im Rahmen nationaler und internationaler Fachveranstaltungen bekannt gemacht.
Die Fachinitiative Bioraffinerien zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfall und Abwasser wird von der Landesagentur Umwelttechnik BW umgesetzt. Die Fachinitiative wird durch Landesmittel gefördert, unabhängig vom Förderaufruf EFRE Bioökonomie – Bio-Ab-Cycling.
Ansprechpartnerin:
Dr.-Ing. Anette Zimmermann
Leiterin Team Umwelttechnik
Landesagentur Umwelttechnik BW
Informationen für Projektpartnerinnen und Projektpartner
Regelmäßige Berichte
Die Zuwendungsempfänger reichen bei der L-Bank regelmäßig Zwischenberichte über den Stand der Projektumsetzung ein. Die Berichte werden von der L-Bank formal und vom Projektträger Karlsruhe fachlich geprüft. Das Umweltministerium gibt die Berichte frei.
Zwischenverwendungsnachweise
Außerdem müssen sogenannte Zwischenverwendungsnachweise bei der L-Bank von den Zuwendungsempfängern eingereicht werden, wenn Fördermittel abgerufen werden sollen. Die L-Bank prüft die Nachweise, fordert bei Bedarf Nachbesserungen und Nachreichungen an und zahlt die Fördermittel aus. Außerdem führt sie gegebenenfalls Vor-Ort-Kontrollen durch. Der Projektträger Karlsruhe unterstützt bei Bedarf fachlich bei diesen Aufgaben.
Schlussverwendungsnachweis und Abschlussbericht
Nach Abschluss des Projektes muss der Schlussverwendungsnachweis bei der L-Bank eingereicht werden. Der Schlussverwendungsnachweis umfasst auch einen ausführlichen Abschlussbericht. Der Verwendungsnachweis wird von der L-Bank geprüft. Die fachliche Prüfung übernimmt der Projektträger Karlsruhe. Ist alles in Ordnung, erteilt das Umweltministerium die Freigabe. Dann zahlt die L-Bank die abschließend ausstehenden Fördermittel an den Zuwendungsempfänger aus.
Kontakt
Referat Ressourceneffizienz, Green Tech, Bioökonomie
Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft 70182 Stuttgart
