HMF für Nylonstrümpfe und Plastikflaschen aus Chicorée-Salat-Abfällen

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Wurzelrüben-Abfall für hochwertiges Hydroxymethylfurfural (Foto: Universität Hohenheim)

Stuttgart – Rund 800.000 Tonnen an Chicorée-Wurzelrüben fallen jährlich europaweit als Abfallprodukt bei der Produktion von Salat an. Die Wurzelrüben werden bisher nach der Ernte des Chicorées auf der Kompostierungsanlage oder in der Biogasanlage entsorgt. Viel zu schade, meinen Forscherinnen der Universität Hohenheim. Denn aus diesen Wurzelrüben lässt sich Hydroxymethylfurfural (HMF) gewinnen, eines der Basisstoffe in der Kunststoffindustrie von morgen.

Innerhalb von 3 Wochen wächst eine Chicorée-Salatknospe aus den 15 bis 20 cm langen Wurzelrüben. Bei der kommerziellen Produktion der Knospen in so genannten Wasser-Treibereien werden die Wurzeln nur einmal genutzt, sind dann Abfall und müssen entsorgt werden. Wie wertvoll die Wurzelrübe jedoch noch ist, zeigen Versuche von Prof. Dr. Andrea Kruse im Labor des Instituts für Agrartechnik. Am Ende der Behandlung einer Chicorée-Wurzelrüben-Wasser-Mischung ist ein gelb bis braun gefärbtes, kristallines Pulver entstanden: ungereinigtes Hydroxymethylfurfural (HMF). HMF gehört zu den 12 Basischemikalien, die zukünftig in der Kunststoffindustrie verwendet werden. Es dient als Ausgangsstoff für Nylon, Perlon, Polyester oder Kunststoffflaschen – sogenannten PEF-Flaschen im Gegensatz zu den PET-Flaschen. Der Wert im Chemikalien-Großhandel liegt aktuell bei 2.000 Euro pro Kilo.

Die Wurzelrübe ist bislang nur Abfallprodukt

Bisher werden solche Chemikalien aus Erdöl gewonnen. Wie sie sich nachhaltig produzieren lassen, ist eine Fragestellung der Bioökonomie. Denn diese setzt auf Energie und Rohstoffe aus Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen statt weiterhin auf fossile Rohstoffe. In einem früheren Forschungsprojekt gelang es Andrea Kruse bereits, die Basischemikalie HMF aus Fruchtzucker – sog. Fructose – zu gewinnen. Die Gewinnung aus Chicorée-Wurzelrüben findet sie eleganter: „Fructose ist essbar. Es gibt bessere Verwendungszwecke, als HMF daraus zu gewinnen.“ Anders als die Chicorée-Wurzelrübe: „Sie ist bislang nur ein Abfallprodukt.“

Die Herausforderung: Lagerung und Qualität

Eine Herausforderung bei dem Projekt: „Nur wenn wir es schaffen, eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten, ist die Wurzel für die Industrie interessant“, erklärt Prof. Dr. Kruse. Deshalb kooperiert die technische Chemikerin mit der Pflanzenwissenschaftlerin Dr. Judit Pfenning vom Fachgebiet Allgemeiner Pflanzenbau. Ein weiterer Forschungsaspekt: die Lagerung der Wurzelrüben ohne Qualitätsverlust. Denn die Chicorée-Produktion ist Saisongeschäft. Die Zulieferer der chemischen Industrie wünschen sich aber eine gleichbleibende Lieferung, um ihre Anlagen kontinuierlich auszulasten. „Es ist ein Projekt, das sich nur durch interdisziplinäre Zusammenarbeit umsetzen lässt“, betonen die Wissenschaftlerinnen. Zum einen die Qualitätskontrollen, Anbau- und Lagerungsversuche im Pflanzenbau, zum anderen die Laborexperimente in der Konversionstechnologie.

HMF: Hochwertig und ökonomisch attraktiv

Ein weiterer Aspekt macht das Projekt noch aussichtsreicher: „Die Chicorée-Wurzelrübe eignet sich nicht nur deshalb so gut zur Gewinnung von HMF, weil sie ein Abfallprodukt ist“, betont Prof. Dr. Kruse. „Sie produziert auch eine höherwertige Chemikalie als das Äquivalent aus Erdöl.“ Dadurch könnten PEF-Flaschen aus Chicorée-HMF beispielsweise dünner gezogen werden, als solche aus Erdöl-PET. Das spart Transportkosten und verbessert die Umweltbilanz noch weiter.

Ein Teil des Aufkommens an Chicorée-Wurzelrüben wird heute verwendet, um daraus Biogas zu erzeugen. Doch diese Verwendung sei ökonomisch gesehen unterlegen: „Aus ca. 220.000 Wurzelrüben pro Hektar können theoretisch 8,14 Tonnen Inulin gewonnen werden. Das kann nach aktuellem Forschungsstand zu 2,87 Tonnen HMF umgewandelt werden. Über den Verkauf dieser Menge können ca. 5,74 Millionen Euro erzielt werden. Strom aus Biogas dieser Menge Wurzelrüben würde nach EEG jedoch nur rund 21.000 Euro generieren.“

Quelle: Universität Hohenheim