Alles auf (Grün)zucker - dechema.de · Zu den Kohlenhydraten gehören die Sucrose, bekannt aus der Zuckerrübe oder Zuckerrohr, und die Stärke, bekannt aus Kartoffeln und Getreide

Green Sugar GmbHProduktinnovationen aus Biomasse

Sitz: Bärensteiner Str.16; 01277 Dresden

Alles auf (Grün)zucker

Green Sugar GmbH

Bärensteiner Str. 16, 01277 DresdenKontakt:

Matthias Schmidte-mail: [email protected]

web: www.green-sugar.eu

Produktinnovationen aus Biomasse

Frankfurt, 18.02.2008



Inhalt

1 Verzuckerungsverfahren

1.1 Die Geschichte des Verzuckerungsverfahrens

2 Die Green-Sugar Technologie

2.1 Rohstoffe

2.2 Technologie

2.3 Produkte

3 Zuckerspektrum anhand ausgewählter Beispiele

4 Demonstrationsanlage

5 Visionen



Verzuckerungsverfahren

grundsätzlich gibt es 3 Arten der Verzuckerung von lignocellulosehaltiger Biomasse

• Verzuckerung mittels konzentrierter Säuren in der „Kälte“

• Verzuckerung mittels verdünnter Säuren in der „Hitze“

• enzymatische Verzuckerungsverfahren

Reschetilowski, W.; Schmidt, M.: Bioethanol im Fokus der nachhaltigen Energie- und Chemiewirtschaft. Wissenschaftliche Zeitschrift der Technischen Universität Dresden 56 (2007) Heft 3-4, S. 73-78

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Die Geschichte des Verzuckerungsverfahrens(Hydrolyse mittels konz. Salzsäure)

• 1856 erkannte der Franzose Bechkamp, dass Salzsäure zelluloseartige Stoffe, wie Baumwolle, löst

• 1881 erstes technisches Patent durch Dangevilliers (FP 131023)

• 1913 R. Willstätter beschäftigt sich mit der Salzsäurehydrolyse (DRP 273800)

• ab 1916 entwickelten F. Bergius, E. Hägglund und Gebrüder Koch das so genannte Rheinau-Verfahren ◉

• die Deutsche Bergin AG baute Versuchsanlagen in Genf (Schweiz) und Mannheim-Rheinau und führte das Verfahren bis zur Stilllegung 1948 mit Fichten- und Buchenholzabfällen großtechnisch durch

• 1948-1953 entwickelten E. Hägglund, K. Schönemann und H. Specht das neue RheinauerHolzverzuckerungsverfahren

- großtechnische Produktion von Glucose und Xylose 1953-1959 in Mannheim-Rheinau

• Modifikationen des Prozesses durch Noguchi-Institut Japan (Shin Nippon Chisso-Prozess)

- Errichtung einer Pilotanlage und Produktion 1953-1955

• 1965-1987 Betrieb zweier Anlagen durch das Militär der ehemaligen Sowjetunion in Sibirien

• Ab 2006 Neukonzeption des Prozesses zur Verwendung von Einjahrespflanzen durch die Green Sugar GmbH – Errichtung eines Technikums in Dresden



Hydrolyse

Grünzucker

Green Sugar Technologie

Säure

• Basiert auf der sauren Hydrolyse von pflanzlichen Biomassen

• Erschließung aller Kohlenhydrate („Grünzucker“) in einem zweistufigen Verfahren

• Keine Begrenzung in der Auswahl der verwendeten Pflanzen

• Vollständige stoffliche und energetische Verwertung möglich

Biomasse



Rohstoffe

NadelholzschnitzelLaubholzspäne

BirkeWeide

MistelKoniferen

Sanddorn

Stroh WeizenGrünschnitt Dresden

Kanadische WasserpestKleie Weizen

Presskuchen RapssamenZuckerrübenpellets

Vinyltapete

Laub AhornLaub Buche

Miscanthus



Modul 3Säure/Zucker-

Separation

Modul 5Entfärbung/

Ionenaustausch

Vorzuckerlösung ( Salze, Aminosäuren, Zucker [xyl, glc, ara, gal])Hauptzuckerlösung (glc)

Waschwasser (glc)

50000 t TS

Modul 1Biomasse-

vorbehandlung

HCl 32%ig

HCl 41%ig

Wasser

Wasser,Essigsäure

Modul 2Hydrolyse

Lignin

Modul 8Verbrennung

Wasser, HCl

Modul 4bSäurerückgewinnung

NaOHAktivkohle

NaCl

HCl

CO2

Modul 6Fermentation/Destillation

Ethanol19,7 Mio. Liter

Modul 4aSäureabsorption

Modul 7Reststoffhandling

(Entsorgung, Biogas)

Aktivkohle Basische Aminosäuren(Lysin, Arginin, u.a.)

Futterhefe

Technologie Ethanol 19,7 Mio. l

Wasser



Der GrünzuckerDer Grünzucker (engl.: green sugar) ist ein Sammelbegriff für die monomerenZucker, die aus den Kohlenhydraten einer beliebigen Pflanze durch physikalische, chemische oder biotechnologische Verfahren gewonnen werden können.

Zu den Kohlenhydraten gehören die Sucrose, bekannt aus der Zuckerrübe oder Zuckerrohr, und die Stärke, bekannt aus Kartoffeln und Getreide. Dazu gehört ebenfalls die in jeder Pflanze vorkommende Zellulose und Hemicellulosen.

Grünzucker macht somit ca. 70% der pflanzlichen Biomasse aus, ein Potential, das es zu nutzen gilt.

Die Produkte



Pflanze

GS-Technologie

Lignin (20-30%)

Grünzucker (50-75%)

Protein (2-8%)

Fette,Öle, Wachse (1%)

Sonstiges (<1%)

Energiegewinnung

EEG

Senkung Betriebskosten

CO2-Handel

Stoffliche VeredlungAktivkohle

p-Cumol, u.a.

Stoffliche VeredlungEthanol / Biokraftstoffe

Xylose / Spezialzucker

Butanol/Aceton

Stoffliche VeredlungAminosäuren

Düngemittel

Futtermittel

*) Fett gekennzeichnet sind Produkte mit Markteindringung bis 2012

Die Produkte



100 kg Stroh oder Holz = 67 kg Grünzucker

(5 kg Salze, Proteine, u.a.)

+28 kg Lignin 40 l Ethanol (100%)

Produkte



Probleme bei der Gärung von C5-Zuckern durch Hefen

Produkte - Ethanol

Klyveromyces fragilis *

Pichia stipitis *

Pachysolen tannophilus *

Saccharomyces Cerevisiae C6-Verwerter

C6/C5-Verwerter

C5/C6-Verwerter

C6/C5-Verwerter

Konstruktion einer Mischkultur zur C5/C6-Verwertung

* Natürliche mutierte Hefen aus der Stammsammlung der ehemaligen DDR



Grünzucker

Chemische Konversion Biotechnologische Konversion

Furfural

5-Hydroxymethylfurfural

Lävulinsäure

5-Methylfurfural

Zuckersäuren

Zuckeralkohole

2,3-Dihydroxybuttersäure

Ameisensäure

u.v.m.

Ethanol

Essigsäure

Butanol/Aceton

Milchsäure

Zitronensäure

Bernsteinsäure

Itakonsäure

Glycerin

Methan

Butan-2,3-diol

u.v.m.



Zuckeranalytik (HPLC): Probe Grünschnitt

Vollständige HydrolyseHPLC (Varian ProStar 210): T=30°C, Fluß=0,3ml/min, Detektion: Brechungsindex

Xylose

Glucose

Arabinose

Mannose



Zuckeranalytik (HPLC): Probe Miscanthus

Cello-

tetrose

Glucose

Arabinose

Xylose

Cello-

diose

vollständige HydrolyseHPLC (Varian): T=30°C, Fluß=0,6ml/min, Detektion: Brechungsindex



Xylose

Glucose

Cello-

tetrose

Arabinose


Vor-HydrolyseHPLC (Varian): T=30°C, Fluß=0,6ml/min, Detektion: Brechungsindex



Xylose

Vor-Hydrolyse und UmkristallisationHPLC (Varian): T=30°C, Fluß=0,6ml/min, Detektion: Brechungsindex




Haupt-Hydrolyse + NachhydrolyseHPLC (Varian): T=30°C, Fluß=0,6ml/min, Detektion: Brechungsindex

Glucose

Xylose

Mannose ?




Demonstrationsanlage

Demonstrationsanlage

189,9 t Ethanol 19,8 t Essigsäure 23,3 t Xylose 148,5 t Lignin

Biomasse 2t/d

16,5 t Aminosäuren



keine Konkurrenz mit der Nahrungs- oder Futtermittelherstellung

keine Regenwaldabholzungen für Palmöl- und Zuckerrohrplantagen

regionale Wertschöpfung durch Biomassenanbau und –verarbeitung

Potential für Reststoffverwertung (Grünschnitt von Autobahnen u.ä.)

Produkte aus Biomassen sind CO2-neutralDie Abgaswerte liegen beim Ethanol als Kraftstofffür Kohlenmonoxid (CO), für Kohlenwasserstoff (HC) und Benzol als kanzerogenem Aromat im Durchschnitt um 50% unter den Benzinvergleichswerten

Umweltrendite



• Markteindringung auf dem Gebiet der Produktion von Bioethanol

• Europaweit Bau von ca. 40 Anlagen geplant

Vision nahe Zukunft



• Produktion von weiteren Basis-Chemikalien, Zwischen- und Endprodukten für die chemische Industrie

• Vorrangig an den vorhandenen Standorten geplant

Mittelfristige Vision



Langfristige Vision

• Vollständige Substitution von fossilen Rohstoffen als Basis für die chemische Industrie durch organische Verbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen

• Vernetzung der Rohstoffzyklen an den Standorten



Wir suchen

• Projektpartner zur Forschung und technischen Realisierung von Verfahren und Anlagen für Zuckerfolgeprodukte

• Projektpartner zur Erforschung der Verwendung von Lignin und Lignin-Folgeprodukten

• Partner für die Anlagenoptimierung

• strategische Partnerschaften mit Investoren



Danksagung

Wir bedanken uns für die fachliche und finanzielle Unterstützung bei:

• Prof. Reschetilowski (TU Dresden)

• Prof. Pätz (Hochschule Anhalt)

• Stadtwerke Dresden GmbH (DREWAG)

• Georg Fischer AG (Schweiz)

• Tacmina Corporation (Japan)

• Lubrizol Corporation (USA)

• Fangmann Unternehmensgruppe Salzwedel

• Icking OHG Borken

• Opti Bau GmbH Riesa



Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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