Biomasselieferant Miscanthus verspricht vielseitige Anwendungen
Das Riesengras Miscanthus ist eine anspruchslose Kulturpflanze.Nach erfolgter Kultivierung ist sie mehr als 20 Jahre lang ertragsfähig. Da sie kaum Dünger oder Pestizide benötigt, ist ihr Anbau ökologisch sinnvoll und auch auf kargen Böden möglich. „Obwohl der Anbau einer Kulturpflanze wie Miscanthus ein Umdenken bei Landwirtschaftsbetrieben erfordert, bietet er ökologische Vorteile wie Schutz vor Bodenerosion, geringere Belastung durch Nitratauswaschung, Habitaterhalt im Sinne der biologischen Vielfalt sowie Kohlenstoffbindung im Boden“, erklärt Andreas Kiesel, Koordinator des EU-finanzierten Projekts GRACE. Finanziert wurde GRACE über das Gemeinsame Unternehmen für biobasierte Industriezweige, eine öffentlich-private Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie. Miscanthus wird derzeit vor allem als Lieferant für feste Brennstoffe, Tiereinstreu und Gartenmulch genutzt. GRACE entwickelte nun hochwertigere Anwendungen, z. B. für Plattformchemikalien, Baumaterialien und naturfaserverstärkte Verbundwerkstoffe. Das Projekt schuf regionale Märkte für Miscanthus-Biomasse, auf denen biobasierte Produkte bereits erhältlich sind. „Diese Bioprodukte könnten die Marktnachfrage so steigern, dass sich Miscanthus als nachhaltiger Rohstoff für die europäische Bioökonomie etablieren kann“, ergänzt Kiesel von der Universität Hohenheim, die das Projekt koordinierte.
Demonstrationsbeispiele
GRACE baut auf dem Erfolg der beiden EU-finanzierten Vorgängerprojekte OPTIMISC und MultiHemp auf, um die Entwicklung neuartiger Hybriden voranzutreiben und vielversprechende agronomische und Biomasseanwendungen zu demonstrieren. Beispielsweise wurde Bioethanol aus Miscanthus-Biomasse der zweiten Generation hergestellt (lignozellulosehaltiger Non-Food-Biomasse). Im Gegensatz dazu umfasst Biomasse der ersten Generation vor allem essbare stärke- und zuckerhaltige Pflanzen wie Mais, Getreide usw. „In Kombination mit der Speicherung von Fermentationsabgasen in ausgebeuteten Erdöllagerstätten überkompensierte diese Bioethanolproduktion die während des Prozesses entstehenden Treibhausgasemissionen. Dieser CO2-negative Biokraftstoff wäre für den Verkehrssektor, etwa den Flugverkehr sinnvoll“, erklärt Kiesel. In Pilotanlagen demonstrierte das Team zudem, wie aus Miscanthus-Biomasse die Plattformchemikalie Hydroxymethylfurfural hergestellt werden kann. Hydroxymethylfurfural (HMF) kann zum biologischem Polymer PEF weiterverarbeitet werden, um PET aus fossilen Rohstoffen zu ersetzen. Aus Butandiol und Azelainsäure wurden biobasierte Polymere hergestellt, die in Böden biologisch abbaubar sind, was sie wiederum für die Landwirtschaft interessant macht, da Recyclingaufwand und Mikroplastikverschmutzung entfallen. Für eine Machbarkeitsstudie wurden Mulchfolien und Pflanztöpfe entwickelt, die nun auf den Markt kommen sollen. „Hydroxymethylfurfural war zudem der Grundstoff für ein formaldehydfreies Harz, das wir als Bindemittel für Miscanthus-Platten testeten. Diese unerwartete Anwendung kam jedoch nur durch die Insolvenz eines ehemaligen Projektpartners zustande, und indem wir aus einem Problem eine Tugend machten“, ergänzt Kiesel. Ein weiteres Resultat waren zwei neue Faserverbundwerkstoffe aus Miscanthus für den Automobilsektor. „Noch in diesem Jahr wird das erste Fahrzeugmodell präsentiert, bei dem Teile des Armaturenbretts aus Miscanthus-Faserverbundwerkstoff bestehen, was uns hervorragend gelungen ist“, so Kiesel.
Verringerung europäischer Abhängigkeit
Die Entwicklung nachhaltiger Wertschöpfungsketten und Produkte aus natürlichen Rohstoffen im Rahmen von GRACE leistet einen direkten Beitrag zur EU-Bioökonomiestrategie und zum europäischen Grünen Deal. Diese Produkte stellen eine Alternative zu Kunststoff dar, entlasten die Umwelt, da weniger Müll anfällt, und reduzieren Gesundheitsrisiken aufgrund von Formaldehydausgasung. „Durch Steigerung der Biomasseproduktion kann Europa auch seine Abhängigkeit von politisch instabilen Regionen und nicht erneuerbaren Rohstoffen senken, während gleichzeitig neue Geschäftsmodelle in der Landwirtschaft und ländlichen Gebieten erschlossen werden“, so Kiesel. Für die Industriepartner des Projekts steht nun die Markteinführung der biobasierten Produkte an, während die wissenschaftlichen Partner zusammen mit Landwirtschaftsbetrieben Keimplasma, Agronomie und Leistung optimieren wollen. Mit der Kommerzialisierung neuer Miscanthus-Hybriden konnte GRACE auch deren Leistung unter verschiedenen Szenarien bestimmen. „Die Entwicklung standortangepasster, stresstoleranter Sorten für Grenzertragsböden oder schlecht nutzbare Flächen beginnt gerade erst, wird aber für eine nachhaltige Rohstoffversorgung im wachsenden europäischen Bioökonomiesektor entscheidend sein“, schließt Kiesel.
Schlüsselbegriffe
GRACE, Nutzpflanze, Biomasse, Miscanthus, Boden, Rohstoff, Keimplasma, landwirtschaftlicher Betrieb, biobasiert, Kunststoff