Themenfeld A.5: Vornutzung von Holz und anderen nachwachsenden Rohstoffen durch Extraktion chemischer Rohstoffe

Um neue Verwendungsbereiche von Kuppelprodukten zu erschließen und dabei die gesamte Wertschöpfung der Kaskadennutzung zu erhöhen, werden als erste Stufe einer mehrstufigen Prozesskette bestimmte Bestandteile chemisch extrahiert. Im Zentrum stehen Extrakte und Polyosen, die gezielt aus dem Zellverband gelöst werden. Das Wissen über Art und Zusammensetzung der Polyosen und Extraktstoffe bei verschiedenen nachwachsenden Rohstoffen (Holz, Weizen, Faserpflanzen) in Wechselwirkung mit verschiedenen Extraktionsmethoden ist unzureichend (Blumentritt, 2010). Daher sollen verschiedene Verwertungsmöglichkeiten nachwachsender Rohstoffe entwickelt werden, die in einer mehrstufigen Nutzungskaskade zur Anwendung kommen können. Dazu werden zunächst geeignete Rohstoffe ausgewählt, etwa Holzarten, Faserpflanzen und Großgräser. Vor der Extraktion sind die chemischen Anteile genau zu charakterisieren (vgl. Themenfelder A.2, A.3 und A.4).

Ziel dieses Themenfelds ist eine optimierte Nutzung von Wertstoffen aus Holz, wobei das verbleibende Holz weiter als Plattenrohstoff mit veränderten Eigenschaften dient. Die verschiedenen Produkte sollen so aufeinander abgestimmt werden, dass ein Optimum der Wertschöpfung identifiziert wird. Zur Gewinnung von Extraktstoffen und Polyosen werden mehrere Verfahren eingesetzt: (1) oxidativ, (2) Heißwasserextraktion, (3) saure Hydrolyse, (4) Lösungsextraktion. Die Zellulose selbst wird kaum angegriffen, sondern wird durch die Vornutzung für eventuelle Modifikationsschritte sogar besser zugänglich. Schließlich ist die Zusammensetzung der extrahierten Polyosen bzw. weiterer Extraktstoffe in Abhängigkeit von der eingesetzten Extraktionsmethode als Prozessmodell abbildbar. Durch die Anwendung statistischer Versuchsmodelle können die Extraktionsvorgänge technisch optimiert werden. Mit Hilfe von Energiebilanzen (vgl. Themenfeld A.7) wird eine ökonomische Bewertung der Gesamtprozesse ermöglicht. Damit wird Grundlagenwissen im Bereich der Prozessführung für die Kaskadennutzung von nachwachsenden Rohstoffen geschaffen und Möglichkeiten der technischen Prozessoptimierung werden aufgezeigt. Die gewonnenen Rohstoffe sind in erster Linie Ausgangspunkt für die Bioethanolgewinnung und somit thematisch mit dem Themenfeld A.7 und auch mit B.6 verbunden.