Das Forschungsprojekt BYPROVAL zwischen der PFI Biotechnologie und dem belgischen Forschungsinstitut Celabor hat die Extraktion von wertvollen Inhaltsstoffen aus ausgewählten Reststoffen des Obst- und Gemüseanbaus untersucht. Im Fokus standen die Reststoffe der Erbsenverarbeitung (Stängel, Blätter, Hülsen), Apfeltrester und Karotten, die reich an wertvollen sekundären Pflanzenstoffen sind. Ziel war es, an bestehenden Biogasanlagen durch eine Kombination von Extraktion und Biogasproduktion eine zusätzliche Wertschöpfung zu erreichen. Das IGF-Vorhaben 152 EN der Forschungsvereinigung Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert, wofür wir an dieser Stelle herzlich danken möchten.

In Deutschland werden jährlich große Mengen an Reststoffen der Obst- und Gemüseindustrie als Futtermittel, Dünger oder Substrat für Biogasanlagen entsorgt. Viele Reststoffe enthalten  jedoch wertvolle Pflanzeninhaltsstoffe, bei denen eine vorherige Extraktion und separate Vermarktung im Bereich der kosmetischen und pharmazeutischen Industrie aussichtsreich erscheint. Im Projekt BYPROVAL wurden die Reststoffe der Erbsenverarbeitung (Stängel, Blätter, Hülsen), Apfeltrester und Karotten in einem ersten Schritt aufgrund verschiedener Bewertungskriterien, u.a. des Preises, der Verfügbarkeit, dem Gehalt an wertvollen sekundären Pflanzenstoffe und dem Biogaspotential, für eine nähere Untersuchung aus einer Vielzahl an möglichen Kandidaten ausgewählt. Sie enthalten wertvolle Pflanzeninhaltsstoffe mit gesundheitlich fördernden Eigenschaften. Diese Substanzen sollten vor der energetischen Nutzung in der Biogasanlage extrahiert und vermarktet werden. Es wurde erwartet, dass die Extraktion nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Vergärbarkeit hat, da die eigentlichen Energieträger in dem Pflanzenmaterial, Cellulose, Stärke und Proteine, nicht entfernt werden.

Hinsichtlich der Wertschöpfungskette wurde untersucht, welche Extraktionsstrategie am sinnvollsten ist: vor oder nach einer Konservierung mittels Silierung. Silierung ist in der Biogasbranche die Standardmethode zur Konservierung von Substraten. Durch Komprimierung im Fahrsilo und Sauerstoffabschluss finden mit den natürlich vorkommenden Organismen Gärprozesse statt, die wie beim Sauerkraut das Material versäuern und somit haltbar machen. Zur Beschleunigung des Prozesses können Silierhilfsmittel eingesetzt werden. Dies sind in der Regel Kulturen von Milchsäurebakterien die durch ihre erhöhte Konzentration die Umsetzung der vergärbaren Substanzen verstärken. Es konnte gezeigt werden, dass alle drei Substrate silierbar sind. Eindeutig zu erkennen ist die dominierende Milchsäuregärung bei den Erbsenresten und Karotten. Bei Apfeltrester hingegen findet hauptsächlich eine alkoholische Gärung statt.

Biogaspotential der Reststoffe
Im Hinblick auf die vorgesehene kombinierte stoffliche und energetische Nutzung der Reststofffraktionen erfolgten umfangreiche Experimente zum Biogaspotential der Einsatzstoffe. Ziel war die Ermittlung der zu erwartenden Biogaserträge unter praxisnahen Bedingungen und die Prüfung der Prozessstabilität. Als Referenz wurde parallel eine Monofermentation mit Mais durchgeführt. Auf Grundlage der ermittelten spezifischen Biogaserträge und der Trockensubstanzgehalte der Extraktionsreste können mit ca. 2,5 Tonnen des Materials rund 1 Tonne Mais Fütterungssubstrat für eine Biogasanlage ersetzt werden.

Um die Ergebnisse schneller in die Praxis zu überführen, wurde im Rahmen des Projektes ein Upscaling des Extraktionsverfahrens vom Labor- in einen technischen Maßstab durchgeführt. Hierauf basierend erfolgte die Ausarbeitung eines technologischen Konzeptes zur Implementierung einer Extraktionsanlage an einer realen Biogasanlage. Das Technologiekonzept wurde anhand der Biomassefraktion Erbsenreste und des Zielproduktes Quercetin entwickelt.

Mehr Informationen zu diesem Forschungsvorhaben finden Sie hier.

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