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Institut für

AT Agrartechnologie

Stoffliche Biomassenutzung

Aktuelle Projekte

Biotechnische Herstellung und elektrochemische Aufarbeitung von Fumarsäure

Ein Baustein zum Erreichen einer klimaneutralen Wirtschaft ist die verstärkte Nutzung nachwachsender anstelle fossiler Rohstoffe. Hierfür spielen biotechnologische Prozesse, wie die biotechnologische Herstellung von Fumarsäure, eine maßgebliche Rolle.

Biotechnische Herstellung und elektrochemische Aufarbeitung von Fumarsäure

LandLessFood_blue – Konzeptgestaltung zur nachhaltigen Ernährung der Welt im Jahr 2100

Für eine Welt ohne Hunger und den Schutz unserer Umwelt sind neue Konzepte für das globale Ernährungssystem notwendig. In dem Projekt „LandLessFood_blue“ soll unter anderem das Potenzial von Bioreaktoren als Komponente eines nachhaltigen landwirtschaftlichen Systems untersucht werden.

LandLessFood_blue – Konzeptgestaltung zur nachhaltigen Ernährung der Welt im Jahr 2100

Bioraffinerien und Kreislaufwirtschaft

Die Bioraffination ist eine der Schlüsselstrategien der Kreislaufwirtschaft, die Rohstoffkreisläufe schließen hilft. Die internationale Plattform IEA Bioenergy Task 42 bietet den Akteuren ein Netzwerk zum Informationsaustausch

Bioraffinerien und Kreislaufwirtschaft

Wege zu einer biobasierten Wirtschaft

Biogene Roh- und Reststoffe sind zentrale Bausteine einer biobasierten Wirtschaft. Nachhaltig produzierte Biomasse und effiziente Konversionsrouten sind Voraussetzung für die schonende Nutzung von Ressourcen unter Berücksichtigung verschiedener Umweltbelange. Der Verwendung von Reststoffen ist in Anbetracht der Konkurrenz von Nahrungsmitteln und Rohstoffen von besonderer Bedeutung. Hier gilt es auch Zielkonflikte zu identifizieren und zu benennen.

Wege zu einer biobasierten Wirtschaft

Nachhaltigkeitsbewertung biobasierter Systeme

Der Übergang zu einer biobasierten Wirtschaft hängt von einer Reihe technischer, wirtschaftlicher, sozialer und auch umweltrelevanter Faktoren ab. Die einzelnen Schritte dafür müssen daher auf ihre Nachhaltigkeit hin untersucht werden, um den Wechsel zu einer biobasierten Wirtschaft erfolgreich gestalten zu können.

Nachhaltigkeitsbewertung biobasierter Systeme

Katalyse in Bioraffinerien

Chemisch-katalytische Stoffumwandlungen sind Basis der heutigen chemischen Industrie. In einer zukünftigen biobasierten Wirtschaft werden sie eine ebenso fundamentale Bedeutung haben. Umfassende Kenntnisse von Prozessketten und Katalysatoren sind notwendig, um Bioraffinerieverfahren entwickeln und bewerten zu können.

Katalyse in Bioraffinerien

Aufschluss agrarischer Roh- und Reststoffe

Die zentralen Bausteine für die Produktion von biobasierten Grundchemikalien sind die Biomasse zugrundeliegenden Zucker. Ein umfassendes Wissen über deren Gewinnung ist erforderlich, um effiziente Konversionsverfahren bewerten und entwickeln zu können.

Aufschluss agrarischer Roh- und Reststoffe

Neue biobasierte Polymere und Materialien

Synthetische Polymere und Materialien leisten einen entscheidenden Beitrag zur Erhaltung unseres hohen Lebensstandards. Wir analysieren, bewerten und entwickeln Alternativen für eine biobasierte Wirtschaft.

Neue biobasierte Polymere und Materialien

Aufarbeitung und Aufreinigung von Konversionsprodukten

Für die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe ist parallel zu Prozessentwicklungen in den Bereichen der chemischen und biotechnischen Konversion die Forschung im Bereich physikalischer, thermischer und chemischer Trennverfahren zur Gewinnung der Konversionsprodukte unumgänglich.

Aufarbeitung und Aufreinigung von Konversionsprodukten

Abgeschlossene Projekte

Wirkung von inhibiertem Ammoniumsulfat-Harnstoff zur Erhöhung der Stickstoff-Nutzungseffizienz und Minderung von Ammoniak- und Lachgasemissionen bei der mineralischen Düngung

Ziel des Projekts Win-N ist, die Nutzungseffizienz von Stickstoff beim Anbau von Rohstoffpflanzen zu erhöhen und gleichzeitig Lachgas- und Ammoniakemissionen zu mindern. Dafür wird der Einsatz von Urease- und Nitrifikationsinhibitoren getestet.

Wirkung von inhibiertem Ammoniumsulfat-Harnstoff zur Erhöhung der Stickstoff-Nutzungseffizienz und Minderung von Ammoniak- und Lachgasemissionen bei der mineralischen Düngung

Minderung des Torfeinsatzes in Deutschland (MITODE)

"Welche potentiellen Umweltwirkungen haben Torf und Torfersatzstoffen in gartenbaulichen Substraten und welche Umweltauswirkungen entstehen durch die Anwendung im Gartenbau? Diese und weitere Fragen sollen im interdisziplinären Verbundprojekt MITODE beantwortet werden."

Minderung des Torfeinsatzes in Deutschland (MITODE)

Nährstoffgemeinschaften für eine zukunftsfähige Landwirtschaft

„Nährstoffgemeinschaften für eine zukunftsfähige Landwirtschaft »Rural Urban Nutrient Partnership (RUN)«“ ist ein inter- und transdisziplinäres Forschungsvorhaben, in dem die Zukunftsvisionen einer Partnerschaft zwischen Landwirt/innen und städtischen Bewohner/innen etabliert und praktisch überprüft werden soll.

Nährstoffgemeinschaften für eine zukunftsfähige Landwirtschaft

Regionalspezifische Maßnahmen zur kosteneffizienten Reduktion von Treibhausgasemissionen beim Anbau von Rohstoffpflanzen (RekoRT)

Will die Bundesregierung die Klimaschutzziele für 2030 erreichen, ist dringender Handlungsbedarf für die landwirtschaftlichen Betriebe gegeben. In diesem Projekt sollen regionalspezifische Maßnahmen identifiziert werden, mit denen sich Treibhausgasemissionen beim Anbau von Rohstoffpflanzen reduzieren lassen.

Regionalspezifische Maßnahmen zur kosteneffizienten Reduktion von Treibhausgasemissionen beim Anbau von Rohstoffpflanzen (RekoRT)

Verminderung der Umwelt- und Klimawirkung des Anbaus von Rohstoffpflanzen durch Nutzung der Vorteilswirkungen optimierter Verfahren der Krumenvertiefung (Krumensenke)

Wie kann der Anbau von Rohstoffpflanzen klimafreundlicher gestaltet werden? Dieser Frage widmet sich das Projekt „Krumensenke“, ein Verbundprojekt des Thünen-Instituts für Agrartechnologie (TI-AT) und des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF).

Verminderung der Umwelt- und Klimawirkung des Anbaus von Rohstoffpflanzen durch Nutzung der Vorteilswirkungen optimierter Verfahren der Krumenvertiefung (Krumensenke)

Betriebsmittel im biologischen Landbau verbessern

RELACS ermöglicht Landwirtschaftsorganisationen, Beratungsdiensten und Forschern, gemeinsam zu noch höheren Umweltstandards im biologischen Landbau beizutragen.

Betriebsmittel im biologischen Landbau verbessern

Bioabbaubare biobasierte Kunststoffe – Handlungsempfehlungen für den zweckmäßigen Einsatz

Produkte aus bioabbaubaren biobasierten Kunststoffen (BBK) werden oft als mögliche (Teil-) Lösung für die steigende Verschmutzung der Umwelt mit langlebigem Plastikmüll angesehen. Doch wo ist eine Substitution der konventionellen, erdölbasierten Kunststoffe durch BBK in der Praxis wirklich sinnvoll? Dieser Fragestellung gehen das Institut für Agrartechnologie und das Institut für Marktanalyse nach.

Bioabbaubare biobasierte Kunststoffe – Handlungsempfehlungen für den zweckmäßigen Einsatz

Bio-Glycolsäure für Lebensmittelverpackungen

Polyglycolsäure ist ein innovativer Kunststoff, der hervorragende Eigenschaften als Lebensmittelverpackung aufweist. Unser Ziel ist es, die Schlüsselkomponente Glycolsäure für Polyglycolsäure biobasiert aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen.

Bio-Glycolsäure für Lebensmittelverpackungen

Biobasierte Dicarbonsäuren

Biobasierte Dicarbonsäuren wie Furandicarbonsäure (FDCA) sind interessante Bausteine für Polyester. Die Prozessentwicklung im Labor wird durch Ökoeffizienzanalyse begleitet, die verallgemeinert und auf andere Prozesse übertragen werden sollen.

Biobasierte Dicarbonsäuren

Günstige Alternativen zu Hefeextrakt in Bioprozessen

Hefeextrakt liefert wichtige Nährstoffe, ist aber ein großer Kostenfaktor in Fermentationen. Unser Ziel ist es, Hefeextrakt in Bioprozessen durch günstige agrarische Rohstoffe zu ersetzen, um die Wirtschaftlichkeit biobasierter Produkte zu verbessern.

Günstige Alternativen zu Hefeextrakt in Bioprozessen

Bioraffinerien in der zukünftigen Bioökonomie

Nachhaltige Bioraffinerien sind Eckpfeiler einer globalen biobasierten Kreislaufwirtschaft.Task 42 unterstützt die Entwicklung und Implementierung von nachhaltigen Bioraffinerien, d.h. möglichst abfallfreie, hoch effiziente Wertschöpfungsketten in denen synergistisch Nahrungsmittel und andere biobasierte Produkte hergestellt werden.

Bioraffinerien in der zukünftigen Bioökonomie

N-Stabilisierung und wurzelnahe Platzierung als innovative Technologien zur Optimierung der Ressourceneffizienz bei der Harnstoff-Düngung

Geprüft werden zwei innovative Verfahren: (1) Stabilisierung: Die kombinierte N-Stabilisierung mit Urease und Nitrifkationshemmern soll eine signifikante Minderung von N-Verlusten bewirken. Gleichzeitig können weitere agronomische Vorteile der N-Stabilisierung genutzt werden. (2) Injektion: Durch ein spezielles Side- Dressing, bei dem Harnstoff auch in stehende Bestände unter der Bodenoberfläche platziert werden kann, sollen NH3-Verluste gemindert werden.

N-Stabilisierung und wurzelnahe Platzierung als innovative Technologien zur Optimierung der Ressourceneffizienz bei der Harnstoff-Düngung

Fumarsäure für Polymere

Fumarsäure ist ein interessanter Baustein für biobasierte Polymere. Mit anderen europäischen Partnern forschen wir an ihrer effizienten biotechnischen Herstellung aus agrarischen Roh- und Reststoffen.

Fumarsäure für Polymere

THG-Berechnung beim Rapsanbau

Ab 2017 müssen Biotreibstoffe eine Treibhausgas-Einsparung von 50 % erreichen. Für die Produktion von Raps-Biodiesel bedeutet insbesondere Reduktion der THG-Emissionen beim Rapsanbau eine große Herausforderung. In dem Projekt sollen regionalen Unterschiede untersucht werden. Die regionalen THG-Emissionen und andere Umweltwirkungen des Rapsanbaus sollen anhand einer lebenszyklus-basierten Analyse für fünf Standorte in Deutschland quantifiziert werden.

THG-Berechnung beim Rapsanbau

Standort-spezifische Ökobilanzen für den Energiepflanzenanbau

Biogas aus Mais zur Energieerzeugung wird kontrovers diskutiert. Die „Teller-Tank-Debatte“ über Biotreibstoffe muss in diesem Sinne gesehen werden; sie wird zum Teil stark emotional geführt. Wir wollen innerhalb unseres Projektes anhand von Messungen und Modellierung die standortspezifischen Umweltauswirkungen des Anbaus von Energiepflanzen quantifizieren. Damit leisten wir einen Beitrag, den gesamtgesellschaftlichen Dialog zum Thema Bioenergie zu versachlichen.

Standort-spezifische Ökobilanzen für den Energiepflanzenanbau

2,3-Butandiol und Maleinsäure aus Hemicellulosen

Um Biomasse besser nutzen zu können, müssen Verfahren und Produkte auf Basis von Hemicellulosen entwickelt werden. Wir tun dies am Beispiel der wichtigen Industriechemikalien 2,3 Butandiol und Maleinsäure.

2,3-Butandiol und Maleinsäure aus Hemicellulosen

Itaconsäure für Polyester

Polyester sind wichtige Kunststoffe, die überwiegend aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden. Eine nachhaltigere Alternative, an der wir im Rahmen eines ERA-IB-Projektes arbeiten, wäre die Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen aus Resten wie Spreu oder Orangenschalen.

Itaconsäure für Polyester

Biotechnologische Itaconsäureproduktion

Itaconsäure zählt zu den wichtigsten biobasierten Baustein-Chemikalien. Der potenzielle Markt für Itaconsäure ist groß und das Anwendungspotenzial vielfältig. Um den Prozess ökonomischer zu gestalten ist es wichtig die Prozessführung weiter zu optimieren.

Biotechnologische Itaconsäureproduktion

Biotechnisch erzeugte D-Milchsäure

Polymilchsäure ist ein bekannter biobasierter Kunststoff, der hauptsächlich aus L-Milchsäure besteht. Wir optimieren die Herstellung von D-Milchsäure. Erst durch den Zusatz dieser kann Polymilchsäure mit deutlich verbesserten Eigenschaften erhalten werden.

Biotechnisch erzeugte D-Milchsäure

BioButanol

Butanol ist eine bedeutende Chemikalie zur Verwendung u.a. in Lacken, Harzen, Weichmachern und Polymeren. Projektziel war die ganzheitliche Bewertung eines wirtschaftlichen Verfahrens zur biotechnischen Herstellung von Butanol aus Roh-/Reststoffen der Landwirtschaft.

BioButanol

Biobasierte ungesättigte Polyesterharze

Viele Faserverbundmaterialien sind auf petrochemisch hergestellte ungesättigte Polyesterharze angewiesen. Diese enthalten große Mengen gesundheitsschädlichen Styrols. Wir entwickeln Styrol freie, biobasierte Alternativen.

Biobasierte ungesättigte Polyesterharze

Guerbet-Butanol

Bioethanol ist eine mögliche zukünftige Plattformchemikalie. Es kann katalytisch zu wichtigen Industriechemikalien (Ethylen, 1,3-Butadien, n-Butanol) umgesetzt werden. Wir untersuchen die Herstellung von n-Butanol mittels der Guerbet-Reaktion.

Guerbet-Butanol

Biobasierte Hotmelt-Klebstoffe

Hotmelt-Klebstoffe sind wichtige Industrieklebstoffe, die in großer Menge im Verpackungs- und Möbelsektor eingesetzt werden. Zurzeit werden sie praktisch ausschließlich aus petrochemischen Erzeugnissen hergestellt. Der Einsatz von Produkten aus nachwachsenden Rohstoffen erhöht den biobasierten Anteil von Hotmelt-Klebstoffen und schont fossile Ressourcen.

Biobasierte Hotmelt-Klebstoffe

Biobasierte Bindemittel für Lithium-Ionen-Batterien (BeBAT)

Wegen ihrer hohen Energiedichte, ihres geringen Gewichts und einer hohen Zyklusstabilität werden Lithium-Ionen-Batterien immer wichtiger im Bereich der Elektromobilität und in der stationären Speicherung von elektrischer Energie. Um ihren Herstellungsprozess und ihre Umweltverträglichkeit zu verbessern, entwickeln wir epoxidbasierte Bindemittel aus nachwachsenden Rohstoffen als Komponenten für die Beschichtung der Elektroden.

Biobasierte Bindemittel für Lithium-Ionen-Batterien (BeBAT)

Bernsteinsäure-Produktion

Bernsteinsäure und deren Salze (Succinate) besitzen großes Potential als Rohstoff für verschiedene Produkte der chemischen Industrie. Ein neuartiger, bisher unbekannter Bakterienstamm erscheint prädestiniert für eine wirtschaftliche Herstellung von Succinat aus nachwachsenden Rohstoffen.

Bernsteinsäure-Produktion

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Link zum: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft