1

SKALIERUNG VON BIOTECHNOLOGISCHEN UND CHEMISCHEN VERFAHREN

F R A U N H O F E R - Z E N T R U M F Ü R C H E M I S C H - B I O T E C H N O L O G I S C H E P R O Z E S S E C B P

1712

– B

R c

bp

– c

bp

– d

e |

ged

ruck

t au

f R

ecyc

ling

pap

ier

| ©

Fra

un

ho

fer

IGB

2

1

3

Das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch - B iotechnologische Prozesse CBP fokuss ier t auf d ie Entwick lung,

Skal ierung und Kombinat ion von biotechnologischen und chemischen Ver fahren und schl ießt mit se iner

apparatetechnischen Ausstat tung im P i lotmaßstab die Lücke zwischen Labor und industr ie l ler Umsetzung.

Durch die Bere i t s te l lung von Infras truktur und Technikumsanlagen sowie hochqual i f iz ier tem Personal er-

möglicht es Par tnern aus Forschung und Industr ie, biotechnologische und chemische Prozesse zur Nutzung

nachwachsender und petrochemischer Rohstof fe bis in produkt ionsrelevante Dimensionen zu skal ieren und

Ver fahrensentwick lungen zu beschleunigen.

Das Fraunhofer CBP ist eine einmalige, modulare Plattform

zur Abbildung kompletter Prozessketten – von der Rohstoff-

aufbereitung über verschiedene Konversionsprozesse bis hin

zur Produktabtrennung und -aufreinigung. Mit diesem flexibel

einsetzbaren Konzept können Rohstoffe wie pflanzliche Öle,

Cellulose, Lignocellulose, Stärke oder Zucker aufbereitet und

zu chemischen Produkten umgesetzt werden. Ermöglicht wur-

de der Aufbau des Prozesszentrums durch eine Anschubfinan-

zierung durch das Land Sachsen-Anhalt, Projektförderungen

über das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF,

des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

BMEL sowie der Fraunhofer-Gesellschaft.

Das Fraunhofer CBP setzt seit seiner Eröffnung im Jahr 2012

mit seinen Forschungspartnern aus Industrie, Universitäten

und außeruniversitären Forschungseinrichtungen den Fokus

auf die Entwicklung nachhaltiger Prozesse entlang der gesam-

ten Wertschöpfungskette zur Herstellung von Produkten auf

der Basis nachwachsender Rohstoffe. Ziel ist die integrierte

und kaskadenartige, stofflich-energetische Nutzung möglichst

aller Inhaltsstoffe pflanzlicher Biomasse nach dem Prinzip

einer Bioraffinerie.

Zur nahtlosen Überführung von Laborprotokollen, zur Skalie-

rung und weiteren Optimierung stehen insgesamt sechs Pilot-

anlagen zur Verfügung, welche aus flexiblen Prozesseinheiten

(unit operations) bestehen. Unterstützt durch modernstes

Analysenequipment und Prozesssimulationstools verfolgt das

Team aus Bioverfahrenstechnikern, Chemikern, Ingenieuren

und Technikern innerhalb verschiedenster Projekte folgende

Schwerpunkte:

� Maximale Nutzung des Kohlenstoffsynthesepotenzials der

Natur

� Optimierung der Energie- und Ressourceneffizienz der

Prozesse

� Robuste Verfahrensführung und Validierung von Kenn-

größen zur Anlagenauslegung

� Minimierung von Abfallströmen

� Reduktion von CO2-Emissionen

� Nutzung von Rohstoffen, die nicht zur Nahrungs- oder

Futtermittelproduktion geeignet sind

� Integration der entwickelten Prozesse in bereits

bestehende Produktionsverbünde

OFFENE ENTWICKLUNGSPLATTFORM ZUR BESCHLEUNIGUNG DER INDUSTRIELLEN UMSETZUNG

1 Pilotanlage Lignocellulose-

Bioraffinerie.

4

Das Fraunhofer CBP stellt modular einsetzbare Prozesskapa-

zitäten zur Lösung verfahrenstechnischer Fragestellungen

bis 10 m3 Reaktorvolumen und kontinuierliche Anlagen mit

Durchsätzen bis 20 kg / h auch unter hohen Prozessdrücken

sowie verschiedenste Aufbereitungs- und Aufarbeitungstech-

niken bereit. Mit diesem flexibel einsetzbaren Konzept können

Rohstoffe wie pflanzliche Öle, Cellulose, Lignocellulose, Stärke

oder Zucker aufbereitet und zu Materialien und chemischen

Produkten umgesetzt werden.

LEISTUNGSSPEKTRUM

Rohstoffe Konditionierung Wertschöpfung Produkte

direkte Verzuckerung

mehrstufige Verzuckerung

Wertstoff­produktion

durch Biokatalyse

und Fermentation Konversion

durch physikalische, chemische und biokatalytische

Verfahren

Wertstoff­trennung und

Reinigung

Aufschluss / Fraktionierung

Optimierung Kultivierung

Spezielle Stoffe, Medien

Pflanzliche Öle und Fette

z. B. Senföl

Zuckerhaltige Rohstoffe

z. B. Zuckerrüben

Stärkehaltige Rohstoffe

z. B. Getreide

Cellulosehaltige Rohstoffe

z. B. Stroh

Ligninhaltige Rohstoffe

z. B. Holz

Aquatische Rohstoffe

z. B. Mikroalgen

Gasförmige Rohstoffe z. B. CO2

Org. Lösungsmittel

Fein­ / Spezialchemikalien

Org. Säuren

Proteine

verzw. Kohlenwasser­stoffe

Aromaten

Olefine

Öl- / Fettsäurederivate

Technische Enzyme

Leistungsspektrum des Fraunhofer CBP

Insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen bietet

sich mit den verfügbaren Technikumsanlagen und durch die

Kombination der verfahrenstechnischen Kompetenzen (Bio-,

chemische, mechanische und thermische Verfahrenstechnik)

eine exzellente, zeit- und kostensparende Möglichkeit, neue

Technologien mit dem Ziel einer schnelleren Produktentwick-

lung und Markteinführung zu skalieren.

1 Fermentationsanlage zur Kultivierung verschiedener

Mikroorganismen (Kaskade von 10 L bis 10 000 L).

5

1

6

ROHSTOFFAUFBEREITUNG

Der Schwerpunkt im Bereich Rohstoffaufbereitung liegt auf

dem Aufschluss von lignocellulosehaltigen Rohstoffen und

deren Fraktionierung in ihre chemischen Grundbestandteile

Lignin und Zucker bzw. Faserstoffe. Zur Erforschung und

Entwicklung von Aufarbeitungs- und Fraktionierungstechno-

logien steht eine integrierte Pilotanlage zur Verfügung, die

den Aufschluss mit organischen Lösungsmitteln unter Druck

und Temperatur, der sogenannten Organosolv-Technologie,

ermöglicht.

Die Anlage bildet eine Vielzahl einzelner Prozessschritte zur

Herstellung von Faserstoffen, konzentrierten Zuckerlösungen

und Lignin ab. Bis zu 70 kg Holz können täglich verarbeitet

werden. Die Anlage wurde so ausgelegt, dass die Stoff- und

Energiekreisläufe geschlossen und somit komplett bilanziert

werden können.

Durch die universelle Auslegung der Pilotanlage können

neben dem Organosolv-Verfahren auch andere Aufschlussver-

fahren für Lignocellulose im Pilotmaßstab optimiert werden,

so z. B. die wässrige Hydrolyse, der Aufschluss mittels Säure

oder das Soda-Verfahren. Für die Bilanzierung der Prozesse

steht eine umfangreiche Analytik zur Verfügung. Durch

Nutzung einzelner prozesstechnischer Einheiten in der Anlage

können auch Fragestellungen im Bereich der thermischen

Trenntechnik und Extraktion bearbeitet werden. Hier besteht

eine starke Interaktion zum Kompetenzfeld »Produktaufarbei-

tung«.

Leistungsspektrum

Die Kernprozesse, welche in der Pilotanlage abgebildet wer-

den können, sind auf dem vereinfachten Anlagenschema ge-

zeigt. Lignocellulose wird zunächst in einem 400 Liter großen

Reaktor bei bis zu 200 °C aufgeschlossen, wobei sich Lignin

und Hemicellulosen im Lösungsmittel-Wasser-Gemisch lösen.

Die zusätzlichen Tanks und Wärmetauscher der »Tankfarm«

ermöglichen dabei eine effiziente Verdrängungswäsche des

Aufschlussgutes bei Reaktionsbedingungen und die Rückge-

winnung von Energie beim Aufschlussprozess. Aus der mit

Lignin und Hemicellulosen angereicherten Aufschlusslösung

wird Lignin durch Zugabe von Wasser oder Destillation des

Lösungsmittels ausgefällt, abfiltriert und nach einer Wäsche

getrocknet. Aus dem Filtrat wird das eingesetzte Lösungs-

mittel vollständig zurückgewonnen und es verbleiben die

Hemicellulosen-Zucker. Der feste, faserige Rückstand des Auf-

schlusses wird vereinzelt und gewaschen, entwässert und im

Bedarfsfall mit Enzymen versetzt und in speziell ausgelegten

Rührreaktoren bei hoher Faserstoffkonzentration verzuckert.

Nach einem Filtrationsschritt erhält man eine Glukoselösung,

die zur Stabilisierung zu einem Sirup konzentriert wird.

Mit der erfolgreichen Übertragung des Organosolv-Aufschlus-

ses in den Pilotmaßstab konnte in der zweiten Phase des

vom BMEL geförderten Verbundvorhabens »Lignocellulose-

Bioraffinerie« demonstriert werden, dass die chemische

Nutzung von Holz nach dem Konzept einer Bioraffinerie im

technischen Maßstab funktioniert. Die Pilotanlage wird nun

im Rahmen internationaler und nationaler Forschungsprojekte

genutzt, um Verfahren weiter zu optimieren, die gewonnenen

Zwischenprodukte in verschiedene Wertschöpfungsketten zu

integrieren und letztendlich die industrielle Umsetzung der

Technologie vorzubereiten.

1 2

7

AufschlussLigninfällung / Ethanolrückgewinnung

Lignin-wäsche

Kocher400 L200 °C

Tankfarm

Faserwäsche und -zerkleinerung

Enzymatische Hydrolyse Konzentration

Trocknung

Entwässerung

Filtration

Ethanol / Wasser

Org. Lösungs­mittel / Wasser

Aufschluss­lösung

Holzchips

Faserfraktion

Xylose

Konzentrierte Glukoselösung

Hydrolyselignin

Organosolv­LigninLignin

Hydrolyse­rückstand

Glukose lösung

Aktuelle Fragestellungen

� Entwicklung und Pilotierung von Aufschlussprozessen für

Lignocellulosen

� Gewinnung von Inhaltsstoffen von Lignocellulose

(Extraktstoffe, Hemicellulose, Lignin, Cellulose) mit

spezifischen Eigenschaften. Anwendungsbeispiele sind

Phenol-Formaldehyd-Harze und Polyurethane sowie

Kohlen stofffasern

� Bereitstellung von Buchenholz-Faserstoff zur Erzeugung

von Faserverbundwerkstoffen

Kontakt

Dr. Moritz Leschinsky

Gruppenleiter Vorbehandlung

und Fraktionierung nachwachsender

Rohstoffe

Telefon +49 3461 43-9102

moritz.leschinsky@cbp.fraunhofer.de

1 Buchenholz-Hackschnitzel.

2 Reaktoren zur enzymatischen Hydrolyse.

3 Eindampfanlage zur Konzentrierung der Zuckerlösungen.

4 Entwässerung des Faserstoffes (mittels Schneckenpresse).

3 4

Vereinfachtes Fließbild der Pilotanlage zum Aufschluss von Lignocellulosen

8

BIOTECHNOLOGISCHE VERFAHREN

Die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe durch

die enzymatische Synthese von biobasierten Chemikalien

sowie die fermentative Herstellung der Biokatalysatoren oder

anderer Stoffwechselprodukte, wie beispielsweise organische

Lösungsmittel und Säuren, sind Zielstellungen innerhalb der

Arbeitsgruppe »Biotechnologische Verfahren«.

Ergänzt wird die Fermentationstechnik durch eine Kultivie-

rungsplattform für Mikroalgen. Als natürliche und nachhaltige

aquatische Rohstoffquelle, die eine Vielzahl chemischer

Grundstoffe (wie z. B. essenzielle Fettsäuren, Vitamine oder

Pigmente) und eine leicht vergärbare Biomasse liefert, bieten

Mikroalgen eine ideale Plattform für stofflich / energetisch

gekoppelte Verfahren.

Das Team verfügt über ein breites bioverfahrenstechnisches

Know-how zur Skalierung und Prozessintensivierung, wobei

die im Labormaßstab entwickelten Verfahren hinsichtlich ihrer

Übertragbarkeit in den industrierelevanten Maßstab im Vor-

feld bewertet und bei der Übertragung und Skalierung iterativ

optimiert werden. Hierzu zählen etwa die Anpassung von

Prozessführungsstrategien (Batch, Fed-Batch, kontinuierlich)

und eine integrierte Produktaufreinigung zur Reduktion von

Prozessschritten oder die Wiederverwendung der Biokatalysa-

toren (z. B. durch Immobilisierung an Trägermaterialien).

Leistungsspektrum

Die Ausstattung umfasst ein zentrales mikrobiologisches

Labor, zwei modular aufgebaute Technikumshallen der biolo-

gischen Sicherheitsstufe 1 sowie ein Gewächshaus und eine

Freilandanlage zur Algenkultivierung.

Kultivierung

� Fermentation von verschiedenen Mikroorganismen:

Reaktorkaskade mit Nennvolumen von 10, 100, 300, 1000

und 10 000 L, ausgestattet mit je vier Vorlagebehältern

(Säure, Lauge, Antischaum, Nährstofflösung), umfassender

Automatisierung, Mess- und Regeltechnik (Drehzahl,

Temperatur, Kopfraumdruck, pH-Wert, Gelöstsauerstoff,

Respiration, Methanolkonzentration)

� UHT-Anlage zur kontinuierlichen Sterilisation von

Fermentationsmedien

� Sackentladestation und Dispergiermaschine bis 1000 kg / h

� Produktion von beispielsweise organischen Lösungsmittel

mithilfe eines Fermenters in ATEX-Ausführung

(Nennvolumen 75 L)

� Kontinuierliche Prozessführung bei Fermentationen durch

Zellrückhaltung (sterilisierbare Cross-Flow-Filtrations anlage)

� Vollautomatisierte Pilotanlage zur Kultivierung von

Mikroalgen (Gewächshaus und Freiland) basierend auf

Flat-Panel-Airlift-Reaktortechnologie

§ Indoor: fünf Module mit je fünf 6-L-Reaktoren, fünf

Module mit je fünf 30-L-Reaktoren, drei Module mit je

fünf 180-L-Reaktoren – Insgesamt 65 Reaktoren mit

3,6 m3 Inhalt

§ Outdoor: ein Modul mit fünf 180-L-Reaktoren, vier

Module mit je zehn 180-L-Reaktoren – insgesamt

45 Reaktoren mit 8,1 m3 Inhalt

Enzymatische Umsetzungen

� Reaktionen für enzymkatalysierte Reaktionen (500 (mobil),

1300, 2000, 5000 und 10 000 L, gerührt, temperierbar)

� Enzymatische Hydrolyse / Modifikation von Faserstoffen

(spezielle Rührerkonfiguration für hohe Viskositäten)

2 31

9

Produktaufarbeitung und Konfektionierung

� Ernte der Fermentationssuspension sowie Zwischen-

lagerung von Produktlösungen über gerührte und

temperierbare Behälter (500 (mobil), 2000, 5000 und

10 000 L)

� Biomasseabtrennung (Tellerseparatoren 1 – 2 m3 / h,

0,5 – 1 m3 / h, Vakuumtrommelzellenfilter 0,5 m² und

Filterpresse 1,6 m²)

� Zellaufschluss (Homogenisator 0,4 m3 / h, 1000 bar,

optional mit anschließender Durchflusskühlung)

� Membranfiltration (MF / UF) für Entsalzungs- und

Produktkonzentrierungsprozesse 20 / 17 m2 (0,2 µm /

10 kDa), 3 / 5 m2 (0,2 µm / 10 kDa, sterilisierbar)

� Feinreinigung über Flüssigchromatographie (35 L

Säulenvolumen)

� Kristallisatoren (180 L, 800 L) mit nachgeschaltetem

Vakuumfiltertrockner (0,5 m2) in ATEX-Ausführung

� Sprüh- (7 kg / h) und Gefriertrocknung (0,8 m2) zur

Konfektionierung der Produkte

Analytikausstattung

� Labore für mikrobiologische Untersuchungen

� Qualitative und quantitative Methoden zur Bestimmung

der optischen Dichte und Biotrockenmasse, der

Konzentration von Zuckern, Alkoholen und organischen

Säuren, Proteinanalytik

� Verschiedene Assays zur Enzymaktivitätsmessung

� Online-Messung der Alkoholkonzentration im Reaktor und

CO2 / O2 im Fermentationsabgas

Kontakt

Dr.-Ing. Katja Patzsch

Gruppenleiterin Biotechnologische

Verfahren

Telefon +49 3461 43-9104

katja.patzsch@cbp.fraunhofer.de

Aktuelle Fragestellungen

� Entwicklung von Fermentationen zur Gewinnung von

organischen Säuren (z. B. Itakonsäure, Äpfelsäure,

Xylonsäure) sowie Adaption an Lignocellulose-Zucker,

Scale-up und Etablierung von Aufarbeitungsstrategien

� Fermentative Herstellung von organischen Lösungsmitteln

(Aceton, Butanol, Ethanol, Isopropanol) aus

Lignocellulose-Hydrolysaten

� Prozessentwicklung zur Gewinnung neuer technischer

Enzyme

1 Bakterien auf einer Agarplatte.

2 Technikum zur Aufarbeitung von

Fermentationsprodukten.

3 Vollautomatisierte Freiland-Anlage zur

Kultivierung von Mikroalgen.

4 Mikroskopaufnahme von Mikroalgen.

3 4

10

CHEMISCHE VERFAHREN

Der Bereich konzentriert sich auf die verfahrenstechnische

Entwicklung chemischer Prozesse zur Herstellung von bioba-

sierten Grund- und Feinchemikalien für eine Weiterverarbei-

tung in der chemischen, pharmazeutischen oder Lebensmittel-

industrie. Hierbei spielt neben neuen Verfahrenskonzepten

auch die Optimierung der Rohstoff- und Energieeffizienz

bestehender Prozesse eine wichtige Rolle. Unter anderem

werden auch Methoden der vertikalen Integration zur Fle-

xibilisierung der Prozesse angewendet. Etablierte Verfahren

können angepasst und unter ökologischen und ökonomischen

Gesichtspunkten optimiert werden. Dabei betrachten wir

nicht nur biobasierte Rohstoffe, sondern untersuchen auch

Verfahren zur Herstellung petrochemischer Produkte.

Das Leistungsspektrum reicht hierbei von der Abbildung der

Prozessparameter im Labor- und Technikumsmaßstab über die

Simulation und Modellierung der Prozesse und Reaktoreinhei-

ten bis hin zum Scale-up in den Pilotmaßstab. Mit dem instal-

lierten Equipment können auch apparate- und verfahrenstech-

nisch anspruchsvolle Umsetzungen unter hohen Drücken (350

bar) und Temperaturen (bis 500 °C) realisiert werden. Zu nen-

nen sind beispielsweise Gasphasenreaktionen mit Wasserstoff,

Sauerstoff oder Ammoniak sowie Reaktionen in Gegenwart

von brennbaren Substanzen, in stark alkalischem oder saurem

Milieu oder in nah- und überkritischer wässriger Phase.

Mithilfe moderner Simulationstools (CHEMCAD) werden,

gemeinsam mit unseren Projektpartnern, die entwickelten

Verfahren hinsichtlich Energie- und Rohstoffeffizienz bewertet

und dadurch die Weiterentwicklung unterstützt. Die Pilotie-

rung der Prozesse erlaubt zudem, relevante Produktmengen

herzustellen, etwa für eine Bemusterung oder die Validierung

der Stoffströme für nachfolgende Prozessschritte.

Leistungsspektrum

Mit der am Fraunhofer CBP vorhandenen Ausstattung können

wir eine Vielzahl etablierter Reaktionsarten darstellen und

Umsetzungen in der Gas- oder Flüssigphase, aber ebenso

mit Feststoffen realisieren. Dabei liegt der Schwerpunkt vor

allem bei katalytischen Reaktionen zur (De-)Funktionalisierung

biogener Rohstoffe. Vor der Pilotierung können im 0,1- bis

10-Liter-Maßstab Machbarkeitsstudien durchgeführt oder die

gewünschte Synthesestufe angepasst werden.

Kontinuierliche und diskontinuierliche Reaktoren werden zum

Scale-up in den Technikums- und Pilotmaßstab verwendet,

um Umsätze im Kilogramm- bis Tonnen-Maßstab zu demonst-

rieren. Diese sind unter ATEX-Richtlinien Zone 2 ausgeführt.

Insbesondere zu erwähnen sind:

� Rührkesselreaktoren für diskontinuierliche Reaktionen

unter atmosphärischen Bedingungen mit einer Kapazität

von 1 L, 10 L und 100 L

� Rührreaktoren zur Abbildung von Druckreaktionen bis zu

200 bar bei 300 °C mit einer Kapazität von 0,3 L, 1,2 L

und 50 L, geeignet für homogen und heterogen

katalysierte Reaktionen in der Gas- und Flüssigphase

� Strömungsrohrreaktoren mit einer Flussrate von 5 – 20 kg

Edukt / h für hydrothermale Umsetzungen in der Gas- oder

komprimierter Phase

Zur Ausstattung gehören ebenfalls verschiedene Geräte zur

instrumentellen Analytik der Stoffströme, wie GC (Gaschro-

matographie), HPLC (Hochdruckflüssigkeitschromatographie),

MS (Massenspektroskopie), GPC (Gelpermeationschromato-

graphie) oder UV-VIS- / IR-Spektroskopie, die zum Teil auch

online zur Reaktionskontrolle verwendet werden.

21

11

Aktuelle Fragestellungen

� Katalytische Umsetzung von Ligninen zu aromatischen

Molekül-Bausteinen

� Chemische Derivatisierung zum Aufbau von Epoxyd- oder

Acrylatsystemen

� Katalytische Hydrierung oder Oxidation biogener Substrate

� Kontinuierliche Oligomerisierung und Additionsreaktionen

von Olefinen

� Technische Bewertung von Verfahrensschritten, auch im

Hinblick auf deren Flexibilisierungsmöglichkeit

Kontakt

Dr. Daniela Pufky-Heinrich

Gruppenleiterin Chemische Verfahren

Telefon +49 3461 43-9103

daniela.pufky-heinrich@

cbp.fraunhofer.de

1 Hochdruck-Reaktionsanlage mit kontinuierlich

betriebenem Strömungsrohrreaktor.

2 50-Liter-Hochdruck-Rührkesselreaktor.

3 HPLC zur Prozesskontrolle.

4 Hochdruck-Strömungsrohrreaktor zur Durch-

führung chemokatalytischer Umsetzungen.

3

4

12

PRODUKTAUFARBEITUNG

Der Bereich Produktaufarbeitung beinhaltet die verfahrens-

technische Entwicklung von Prozessen zur Aufarbeitung

von Produktmischungen und ist naturgemäß stark mit den

anderen Bereichen am Fraunhofer CBP vernetzt. Für kunden-

spezifische Anwendungen werden neue maßgeschneiderte

Aufarbeitungsverfahren zur Wertstoffabtrennung und

Wertstoffaufreinigung entwickelt, skaliert und evaluiert. Unser

schrittweises Vorgehen umfasst die Konzeption geeigneter

Verfahren, die Simulation und Modellierung der Prozesse und

deren Abbildung im Technikums- und Pilotmaßstab. Dabei

wird die industrielle Umsetzbarkeit der Verfahren bereits im

Labormaßstab bewertet und daraufhin optimiert. Aus diesen

Versuchen können wir unseren Partnern und Kunden Produkt-

muster für eine anwendungstechnische Charakterisierung zur

Verfügung stellen.

Die Produktaufarbeitung und -konditionierung bestimmt

maßgeblich die Effizienz der gesamten Prozesskette und

wird am Fraunhofer CBP als Prozessschritt direkt in die

Verfahrensentwicklung integriert. Prozessbegleitend werden

analytische Methoden angewendet, um die stoffliche Zusam-

mensetzung der Produktlösungen bewerten zu können. Die

Prozesssimulation und -modellierung mit CHEMCAD dient zur

Bewertung und Optimierung von Parametern. So lassen sich

Verwertungsstrategien ganzzeitlich entlang der Prozesskette

von der Rohstoffaufarbeitung über die Konversion bis zur

Produktaufreinigung über mechanische und thermische Trenn-

verfahren darstellen. Innerhalb zahlreicher Vorhaben wurde

dieses Vorgehen bereits demonstriert.

Leistungsspektrum

Neben den bereits genannten Prozesseinheiten stehen am

Fraunhofer CBP folgende Anlagen zur Produktaufreinigung

und -konditionierung zur Verfügung:

� Destillationskolonnen zur Aufarbeitung unter atmo-

sphärischem Druck und im Vakuum mit Kapazitäten von

1 L / h bis 80 L / h

� Fallfilm-, Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer zur

Destillation im Vakuum bis zu 350 °C und mit Durchsätzen

bis zu 60 L / h

� Anlage zur Flüssig-Flüssig-Extraktion mit einem maximalen

Durchsatz von 85 kg / h

� Einheit zur Fest-Flüssig-Extraktion mit einer Kapazität von

25 L

� Anlage zur Hochdruckextraktion im kontinuierlichen und

diskontinuierlichen Betrieb mit flüssigem Propan und

überkritischen Kohlenstoffdioxid für Extraktionsraten bis

zu 10 kg / h

Alle Anlagen sind nach ATEX ausgeführt (Zone 2, Hochdruck-

extraktion Zone 1).

21

13

Aktuelle Fragestellungen

� Gewinnung hochwertiger Extraktstoffe aus Neben- und

Seitenströmen NaWaRo-verarbeitender Prozessindustrie

durch Flüssig-Flüssig-Extraktion mit organischen

Lösungsmitteln oder unter hohen Drücken mit flüssigem

Propan und überkritischem Kohlenstoffdioxid

� Aufarbeitung von Fermentationslösungen und Gewinnung

von Feinchemikalien

� Entwicklung alternativer Aufschluss- und Separations-

methoden für die Gewinnung von Wertstoffen aus

Ölsaaten

� Gewinnung organischer Komponenten aus Prozess-

abwässern durch thermochemische Umwandlung von

Biomasse und anschließender Extraktion / Destillation

� Extraktion hochwertiger Inhaltsstoffe aus Algenbiomasse

Kontakt

Dipl.-Chem. (FH) Gerd Unkelbach

Telefon +49 3461 43-9101

gerd.unkelbach@cbp.fraunhofer.de

1 Vakuumdestillationsanlage zur Tren-

nung hochsiedender Stoffgemische.

2 Anlage zur Hochdruckextraktion mit

l-Propan oder sc-Kohlenstoffdioxid.

3 Geschälte Rapssaat vor der Extraktion.

4 Produktabfüllung der Vakuum-

destillations anlage.4

3

14

FRAUNHOFER CBPIN NETZWERKEN

Spitzencluster BioEconomy

Der Spitzencluster BioEconomy verbindet die für die Bio-

ökonomie relevanten Forschungs- und Industriebereiche in

Mitteldeutschland. Ziel des Clusters ist die nachhaltige Wert-

schöpfung aus Non-Food-Biomasse wie Holz zur Herstellung

von Werkstoffen, Chemieprodukten und Energie. Bei der

Skalierung und industriellen Umsetzung der entwickelten

Produktionsverfahren übernimmt das Fraunhofer CBP eine

zentrale Rolle.

www.bioeconomy.de

Wissenschaftscampus Pflanzenbasierte Bioökonomie

Halle (WCH)

Der Wissenschaftscampus Halle verfolgt den systematischen

und nachhaltigen Aufbau eines disziplinübergreifenden

Zentrums für pflanzenbasierte Bioökonomie. Damit liefert der

WCH wichtige Grundlagen für zukünftige Anwendungen, wie

sie im regional benachbarten Spitzencluster BioEconomy wirt-

schaftlich umgesetzt werden sowie interdisziplinär geschulte

Fachkräfte für die Wirtschaft. Das Fraunhofer CBP ist assoziier-

tes Mitglied des WCH.

www.sciencecampus-halle.de

Hydrogen Power Storage and Solutions East Germany

(HYPOS)

Zentrales Thema des HYPOS-Netzwerkes ist die umfassende

Nutzung von Strom, insbesondere des temporären Stromüber-

schusses aus Wind, Sonne und Biomasse, zur wirtschaftlichen

Erzeugung von Wasserstoff via Elektrolyse in großtechnischem

Maße. Wasserstoff als chemischer Energieträger kann damit

der Wirtschaft vielgestaltig als chemischer Grundstoff, als

Kraftstoff für mobile Anwendungen, zur Wärmeerzeugung

aber auch zur Elektroenergieerzeugung zur Verfügung

stehen. Innerhalb von HYPOS agiert das Fraunhofer CBP als

Forschungspartner hauptsächlich für die Nutzung des rege-

nerativ erzeugten Wasserstoffs, z. B. in Power-to-Chemicals-

Verfahren.

www.hypos-eastgermany.de

Kompetenzzentrum für Holzverbundwerkstoffe und

Holzchemie (Wood k plus)

Das Kompetenzzentrum Wood k plus gehört zu den führen-

den Forschungseinrichtungen auf den Gebieten der Holzver-

bundwerkstoffe und der Holzchemie. Das Fraunhofer CBP ist

Partner im COMET-Programm (Competence Center of Excel-

lent Technologies) und bringt dort seine Kompetenzen in den

Bereichen Lignocellulose-Fraktionierung sowie Entwicklung

biotechnologischer und chemischer Prozesse ein.

www.wood-kplus.at

1 Detailansicht eines Flatpanel-Airlift-Reaktors

zur Kultivierung von Mikroalgen.

15

Fraunhofer CBP –

Institutsteil Leuna des Fraunhofer IGB

Im Jahre 2009 erfolgte der Aufbau des Fraunhofer-

Zentrums für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP

als Projektgruppe des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts

für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB am

Chemiestandort Leuna. Am 2. Oktober 2012 wurde das

neue Gebäude in Gegenwart von Bundeskanzlerin Angela

Merkel eingeweiht.

Nach Ablauf der fünfjährigen Anschubfinanzierung und

erfolgreicher Evaluierung im Jahr 2014 wurde die Projekt-

gruppe in die Bund-Länder-Finanzierung der Fraunhofer-

Gesellschaft überführt und damit zu einem dauerhaften

Institutsteil des Fraunhofer IGB.

www.igb.fraunhofer.de

1

1

1712

– B

R c

bp

– c

bp

– d

e |

ged

ruck

t au

f R

ecyc

ling

pap

ier

| ©

Fra

un

ho

fer

IGB

Fraunhofer-Zentrum für

Chemisch- Biotechnologische

Prozesse CBP

Am Haupttor

Tor 12, Bau 1251

06237 Leuna

Telefon +49 3461 43-9100

Fax +49 3461 43-9199

info@cbp.fraunhofer.de

www.cbp.fraunhofer.de

Leiter Fraunhofer CBP

Dipl.-Chem. (FH) Gerd Unkelbach

Telefon +49 3461 43-9101

gerd.unkelbach@cbp.fraunhofer.de