Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erschließung neuer Wertschöpfungsketten von Abfällen der Obst- und Gemüseindustrie durch die Kombination von Extraktion und Biogasproduktion

Ziel des Projektes BYPROVAL ist die Kombination von Extraktion und Biogasproduktion zur Wertschöpfung von Abfällen der Obst und Gemüseindustrie. Obst- und Gemüseabfälle enthalten oft wertvolle bioaktive Pflanzeninhaltsstoffe, wie z.B. Carotinoide und phenolische Bestandteile (z.B. Flavonoide), die für die Lebensmittel-, pharmazeutische und Kosmetikindustrie von großem Interesse sind. Gleichzeitig ist die Biogasindustrie langfristig auf organische Abfallstoffe angewiesen, um nachhaltig Bioenergie zu produzieren.

Dazu werden nach einem Screening die Extraktionsverfahren, basierend auf pflanzlichen Ölen oder Wasser und Mischungen aus Wasser mit nicht-ionischen Tensiden, entwickelt. Bei der Extraktion werden einfache Verfahren bevorzugt, um die Investitionskosten niedrig zu halten. Die Biogasproduktion soll anhand von statischen und kontinuierlichen Gärtests untersucht werden. Zusätzlich soll die Silierung zur Konservierung der Substrate untersucht werden, um saisonale Schwankungen der Biomassebereitstellung abzufangen. Das Konzept soll auch durch eine theoretische Machbarkeitsstudie in der Region der Vorderpfalz mit belastbaren Zahlen evaluiert werden.

Durch eine Integration der Extraktionstechnologie in die Infrastruktur von Biogasanlagen werden folgende Synergieeffekte erwartet: hohe Energieeffizienz durch Einsatz von Abwärme des Blockheizkraftwerkes, gleichzeitige Hygienisierung des Ausgangsmaterials und verbesserte biologische Abbaubarkeit zu Biogas durch die thermische Behandlung während der Extraktion.

Die Technologie soll einfach und flexibel gestaltet werden, um Fluktuationen abzufangen und unterschiedliche Einsatzstoffe verwenden zu können. Letztendlich soll die Technologie für die Betreiber von Biogasanlagen ökonomisch sinnvoll sein, um zusätzliche Einnahmen zu erwirtschaften. Betriebe der Obst- und Gemüseverarbeitung finden dadurch eine sinnvolle Entsorgung ihrer Abfälle, die den Herstellern von Pflanzenextrakten einen kostengünstigen Rohstoff bietet.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene Reststoffe aus der Gemüseproduktion identifiziert, die für eine Kombination aus Extraktion und Biogasproduktion geeignet sind. Bei Erbsenresten und Apfeltester konnten hohe Gehalte phenolischer Säuren und Flavonoide nachgewiesen werden. Für die Extraktion der Zielprodukte wurde ein optimiertes Aufschluss-Verfahren mit subkritischen Wasser als Lösungsmittel entwickelt. Die Eignung des Prozesses konnte bis zum technischen Maßstab demonstriert werden. Am Beispiel von Karotten konnten neue Methoden zur Extraktion von lipophilen Zielsubstanzen ohne Einsatz giftiger Lösungsmittel demonstriert werden. Weiterhin konnte die Eignung der Reststoffe vor und nach Extraktion als Substrate für eine Biogasproduktion nachgewiesen werden. Mit Methanerträgen von 320 bis 400 Nl/kg oTS zeigte sich ein ähnlich hohes energetisches Potential, wie bei verschiedenen Energiepflanzen. Zur Konservierung der saisonal anfallenden Biomassen konnten klassische Siliertechniken angewendet werden. Die Kombination aus Extraktion und Biogasproduktion führte zu substratspezifischen Effekten. Die Silierung der Biomassen vor Extraktion hatte teilweise den Abbau von bioaktiven Substanzen (z.B. Carotinoide) zur Folge, teilweise aber auch vorteilhafte chemische Transformationen, wie die Bildung von Quercetin aus glykosylierten Verbindungen. Quercetin ist Gegenstand intensiver Forschungsaktivitäten im Hinblick auf verschiedene kosmetische und pharmazeutische Applikationen. Die Integration des Verfahrens in die Infrastruktur laufender Biogasanalgen wurde anhand von techno-ökonomischen Analysen und Fallstudien realer Anlagen bewertet. Auf Basis der Ergebnisse und der Prozessbewertung ergeben sich mittelfristig gute Perspektiven für die Implementierung der Technologie in die Praxis. Hiervon können sowohl KMUs aus den Bereichen Kosmetik und Pharma als auch Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus und der Biogasproduktion profitieren.