Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
Wer kennt das nicht? Im vollen Kühlschrank wird schnell mal der eine oder andere Joghurt übersehen, das Brot schimmelt und irgendwie hat man heute doch wieder viel zu viel gekocht: Weltweit landen laut Angaben der Welternährungsorganisation FAO ein Drittel der produzierten Lebensmittel auf dem Müll. Die Universität Stuttgart fand in einer Studie für Deutschland heraus, dass allein in den Haushalten jährlich knapp sieben Millionen Tonnen, bevorzugt an Obst und Gemüse, aber auch an Backwaren, Speiseresten und Milchprodukten, entsorgt werden. Durch die Verschwendung der Lebensmittel wird auch die Umwelt extrem belastet. So braucht man beispielsweise zirka 1.000 Liter Wasser, um ein Kilogramm Brot herzustellen, die gleiche Menge Käse schlägt sogar mit ungefähr 5.000 Litern zu Buche. Auch der Energiebedarf der produzierenden Betriebe ist ebenso wenig zu vernachlässigen wie die bei der Herstellung entstehenden Emissionen. So teilte etwa die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der UN im vergangenen Jahr mit, dass dabei durch die Essensverschwendung jährlich drei Milliarden Tonnen an umweltschädlichen Gasen ausgestoßen werden. Zahlen, die nicht nur den Endverbraucher, sondern auch Industrie und Forschung ins Grübeln bringen. Eine bereits etablierte Technologie, unvermeidbare Essensreste zu verarbeiten, ist, sie in Biogasanlagen zur Energieerzeugung zu nutzen. Doch das ist nur eine Möglichkeit …
Ein weiteres Problem, das Regierungen, Industrie und Wirtschaft sowie auch die Forschung in ganz Europa beschäftigt und vor neue Herausforderungen stellt, ist eine zunehmende Ressourcenverknappung. Der Trend geht massiv zur Energieeinsparungen und als Folge dessen zum vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien. Neue Gesetze und Verordnungen in der EU bestätigen diese Entwicklung. Innovative Technologien, um beispielsweise wertvolle, nicht nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen, rücken zunehmend ins Interesse von Industrie und Forschung. Hier setzt auch das EU-Projekt »PlasCarb« an, an dem auch das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP beteiligt ist. Unter der Leitung des englischen Technologiezentrums Centre of Process Innovation (CPI) ist »PlasCarb« auf drei Jahre angelegt und wird vom siebten Forschungsrahmenprogramm der Europäischen Kommission gefördert. Ziel ist es, aus gemischten Nahrungsmittelabfällen Graphitkohlenstoff (C) und Wasserstoff (H2) zu gewinnen. Ersteres gilt als eines der 14 kritischen Rohstoffe, die die EU benannt hat. Zum einen beschäftigt sich das Konsortium mit der technologischen Aufbereitung der beiden Stoffe, zum anderen wird die Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung des Fraunhofer IBP mit einer Ökobilanzierung (engl. Life Cycle Assessment, LCA) und einer Lebenszykluskostenrechnung (engl. Life Cycle Costing, LCC) die ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit des Prozesses prüfen und bewerten. »Aufbauend auf der standardisierten und genormten Ökobilanz sowie deren Ergebnisse haben wir mit der LCC-Methode die Möglichkeit, wirtschaftliche Aspekte unter identischen Systemgrenzen und Randbedingungen zu analysieren«, erklärt Christian Peter Brandstetter, Wissenschaftler in der Arbeitsgruppe Werkstoffe und Produktsysteme der Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung am Fraunhofer IBP seinen Part am »PlasCarb«-Projekt.
PlasCarb als technische Innovation und nachhaltiges Geschäftsmodell für zukünftige Märkte?
Die Technologie bei »PlasCarb« basiert auf dem Vorgang der anaeroben Vergärung von Lebensmittelresten wie sie heute in Biogasanlagen zum Einsatz kommt. Das dabei entstehende Biogas besteht zum größten Teil aus Methan (40 bis 75 Prozent) und Kohlendioxid (25 bis 55 Prozent) sowie aus Wasser (null bis zehn Prozent), Stickstoff (null bis fünf Prozent), Sauerstoff (null bis zwei Prozent) und zu einem jeweils kleinen Teil (null bis ein Prozent) aus Wasserstoff, dem Schwefelwasserstoff und Ammoniak. Das Biogas muss daher für die nachfolgende technische Anwendung gereinigt werden, sodass das von den Störstoffen gereinigte Methan in einem innovativen Niedrigtemperatur-Mikrowellen-Plasma-Verfahren in hochwertigen Graphitkohlenstoff und Wasserstoff gespaltet werden kann. Es ist geplant binnen eines Monats durch die Vergärung von 150 Tonnen Lebensmittelresten, 25.000 Kubikmeter Biogas zu generieren und aus einem Anteil von zirka 2.400 Kubikmetern hochwertigen Graphitkohlenstoff sowie Wasserstoff gewinnen zu können.