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Foto: PantherMedia / Andreas Kukshaus
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Vor dem Hintergrund steigender Rohstoffpreise und knapper werdender fossiler Ressourcen gewinnt die Nutzung von Nebenstoffströmen steigende Bedeutung. Nebenstoffströme sind Stoffströme, die unweigerlich bei der Herstellung eines Produkts anfallen und bisher entweder teuer entsorgt oder nur mit geringer Wertschöpfung weiter verwendet werden. Die Versuche großer Unternehmen, Lignozellulose als Rohstoff zu erschließen, sind gut dokumentiert. Aber auch an Forschungsinstituten und in kleinen und mittleren Unternehmen wird an neuen Lösungen geforscht. GoingPublic sprach mit Dr. Martina Döring, Dr. Guido Meurer, Dr. Jörg Riesmeier, PD Dr. Jens Schrader, Marie Shrestha und Prof. Dr. Warde Antonieta da Fonseca-Zang (Viten siehe am Ende des Beitrags) über den Stand der Technik und die kommenden Trends.

GoingPublic: Können Sie uns ein Produkt nennen, das bereits am Markt ist und aus Nebenstoffen hergestellt wird?

Shrestha: Hefeextrakt, ein natürlicher nicht kennzeichnungspflichtiger Geschmacksverstärker und Vitamin-B-Quelle, ist ein bekanntes Beispiel für ein Produkt, das bereits seit 50 Jahre am Markt ist. Die Proteine der Hefe, eines Nebenprodukts der Bierherstellung, werden durch hefeeigene Enzyme in ihre geschmacksbringenden Elemente zerlegt.

Schrader: Ein klassischer Nebenstoffstrom mit großer Bedeutung für die Biotechnologie ist Melasse, ein Nebenprodukt der Zuckergewinnung. Natürlich sind für Melasse höherwertige Verwendungen bereits seit Jahrzehnten etabliert, z.B. Nutzung als Lebensmittel und Tiernahrung. Dennoch werden große Mengen in der Biotechnologie umgesetzt. Hier dient die Melasse als günstige Kohlenstoffquelle, z.B. für die Produktion von Bioethanol und Bulkprodukten wie Glutamin- und Zitronensäure, Jahresproduktion: >1 Mio. Tonnen.

GoingPublic: Welche Nebenstoffströme haben nach Ihrer Meinung das größte Potenzial und welche Produkte werden daraus entstehen?

Döring: Wir sehen großes Potenzial für Abfallströme der Agrar- und Lebensmittelwirtschaft und da insbesondere für die Lignozellulose. Dabei ist eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung effizienter Konzepte, dass der in einem biotechnologischen Verfahren zum Einsatz kommende Nebenstoffstrom über einen möglichst langen Zeitraum und in gleichbleibender Qualität und Zusammensetzung zur Verfügung steht.

Riesmeier: Nährstoffreiche Getreideschlempe wird in getrockneter Form (DDGS: dried distillers grains and solubles) als Futtermittel vermarktet. Als Tierfutter für Monogastrier kann DDGS durch den Zusatz eines Enzymmixes wie BluZy-D während des Produktionsprozesses deutlich im Wert gesteigert werden: Durch den enzymatischen Verdau steigt der Energiegehalt pro Tonne DDGS durchschnittlich um bis zu 7%. Zudem werden Proteine, Phosphat und andere Nährstoffe besser zugänglich für die Tiere. Somit wird in der Futtermittelmischung die Verwendung von teurem Sojaprotein und von Phosphaten verringert, was sich in der Kostenstruktur der Tiernahrung signifikant widerspiegelt. Durch den Abbau schwer verdaulicher Faserstrukturen wird das Futter zudem bekömmlicher.

Shrestha: Biertreber sowie Trester haben ein großes Potenzial als Rohstoffe für die Tierfutter- und Lebensmittelindustrie. Es ist möglich, wertvolle Bestandteile wie Proteine, Fette, Polyphenole oder Ballaststoffe zu extrahieren und dabei einer effizienten Gesamtnutzung der Rohstoffe sehr nahe zu kommen.

Schrader: Bei höherwertigen Produkten gehen wir am DECHEMA-Forschungsinstitut von Nebenstoffströmen aus, deren Inhaltsstoffe mit den gewünschten Produkten strukturell verwandt sind. So produzieren wir mit einem Bakterium die Perillasäure, einen natürlichen antimikrobiellen Wirkstoff, und setzen dafür die natürliche Vorstufe, das Limonen, ein. Hiervon fallen weltweit über 50.000 Tonnen/Jahr bei der Prozessierung von Zitrusfrüchten an. Wir verwenden Glycerin als Kohlenstoff- und Energiequelle, das wiederum als Nebenstoffstrom aus der Biodieselgewinnung anfällt. Der Prozess wird aktuell bei der BRAIN AG für den Einsatz der Perillasäure in Kosmetika weiterentwickelt.

GoingPublic: Was ist nach Ihrer Meinung das größte Hindernis bei der Nutzung der Nebenstoffströme? Ist es eher analytischer, technischer oder gesellschaftlicher Natur?

Schrader: Die moderne Biotechnologie bietet vielfältige Möglichkeiten für eine stoffliche Veredelung von Reststoffen. Einer zielführenden Forschung muss jedoch eine Bestandsaufnahme der anfallenden Nebenstoffströme vorausgehen. Das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz fördert über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe beispielsweise eine solche Bestandsaufnahme zum Reststoffpotenzial der deutschen Lebensmittel- und Biotechnologie-Industrie, welche in Kooperation der Universitäten Gießen und Bremen durchgeführt wird.

Döring: Die größten Herausforderungen bei der Entwicklung liegen, wenn man von ökonomischen Aspekten absieht, im technischen Bereich. Industriell eingesetzte biotechnische Verfahren sind immer dann erfolgreich, wenn kein anderes Herstellungsverfahren zur Verfügung steht oder das biotechnische Verfahren im Vergleich zu konkurrierenden Prozessen effizienter und ökonomischer ist. Dabei werden bislang definierte Substrate eingesetzt. Bei der Nutzung von Nebenstoffströmen stehen bislang noch nicht viele Technologien und Prozesse zur Verfügung.

Meurer: Hier muss man sicherlich nach Produktgruppen unterscheiden. Politisch ist eine Biologisierung der Industrieproduktion speziell auch in Deutschland gewollt, insbesondere wenn man über die Verwendung von Restströmen aus der momentanen Teller-Tank-Diskussion heraus kommt. Einschränkend ist eine erst zu generierende Akzeptanz bei der Verwendung von „Abfall“ für bestimmte Produktgruppen im persönlichen Umfeld wie Food, Feed und Personal Care anzuführen. Größte Hemmnisse bestehen daher meines Erachtens in den Bereichen des regulatorischen Umfelds, der notwendigen (bio-)technischen Innovationen und vor allem deren Finanzierung.

GoingPublic: Welche Einflüsse für die bisherige Nutzung der Nebenstoffströme sehen Sie?

da Fonseca-Zang: Viele „Gefahren“ für die Nutzung der Nebenstoffströme können wir nicht erkennen. Wenn sich eine Technologie als ökonomisch und ökologisch überlegen erweist, wäre aus Sicht der Unternehmer eine Ablehnung nicht sinnvoll. Hohe Investitionskosten könnten abschreckend wirken, vor allem aufgrund der hohen Finanzierungskosten in Brasilien.

Döring: Für interessante Substanzen gibt es immer alternative Nutzungskonzepte und somit Konkurrenz. Im Sinne der Ressourceneffizienz sollten nachwachsende Rohstoffe und Nebenströme vorrangig für Nahrung und dann die stoffliche Nutzung verwendet werden. Was auf diesem Wege nicht verwertbar ist und somit einen echten Abfall- oder Reststoff darstellt, kann dann auch zur energetischen Nutzung eingesetzt werden.

GoingPublic: Welche Kooperationen sind nötig, um die Forschung voran- und Produkte an den Markt zu bringen?

Riesmeier: Im ersten Schritt der Entwicklung müssen die Produzenten des NSSs intensiv mit den Biotech-Unternehmen zusammenarbeiten, um die Produkte optimal in bestehende Prozesse integrieren zu können. Um Produkte schneller an den Markt zu bringen, sollten die Abnehmer in einer frühen Phase der Entwicklung eingebunden werden. Sie kennen ihre Produktansprüche selbst am besten. Zudem kann so unter Umständen ein Market-Pull-Effekt erzielt werden. Im Fall von Enzym-behandeltem DDGS kann die gesteigerte Nachfrage nach dem werthaltigeren Futter zum Markttreiber werden.

da Fonseca-Zang: Internationale Kooperationen im Bereich Biotechnologie zwischen Unternehmen, Hochschulen und Forschungsinstituten, in diesem Fall im bilateralen Bereich Deutschland-Brasilien, könnten sich als sehr vorteilhaft für alle Seiten herausstellen, wie bereits von einer Gruppe unter Leitung des Biotechnologieclusters CLIB2021 vorgeschlagen. Bereits erprobte Technologien könnten an die regionalen Verhältnisse angepasst und optimiert werden, wie etwa im Fall von Biogas. Märkte können gemeinsam erschlossen werden.

Shrestha: Es müssen Kooperationen sowohl zwischen den Nebenstoffe erzeugenden Industrien, den jetzigen Nutzern der Nebenstoffströme, den potenziellen neuen Verwertern der Nebenstoffströme und den zukünftigen Nutzern der gewonnenen Wertstoffe hergestellt werden. Nur eine Integration aller Akteure der Produktionskette wird zu einer erfolgreichen Anwendung führen.

Meurer: Eine langfristige Umstellung unserer Industrieproduktion hin zu nachhaltigen, biobasierten Prozessen erfordert Kooperationen ungewöhnlicher Partner, sog. „Unusual Alliances“, wie es im „Biofuels“-Bereich in Ansätzen durch Partnering der „Großen“ wie BP, Shell und Exxon mit Biotechnologie-Unternehmen wie Genencor, Codexis, Verenium und anderen schon vorgelebt wird. Zukünftig wird dies noch außergewöhnlicher werden: So kooperieren bspw. in der Innovationsallianz ZeroCarbFP zukünftig der Energieversorger RWE mit dem Abwasseraufbereiter EGLV, dem Nahrungsmittel- und Spezialitätenproduzenten Südzucker, dem Schmierstoffhersteller Fuchs Europe und dem Biotechnologie-Unternehmen BRAIN, um kohlenstoffreiche Nebenströme für die Industrieproduktion nutzbar zu machen.