Fraunhofer IGB: Aus Holzabfall mach Biowasserstoff

H2Wood – BlackForest, so heißt ein mit zwölf Millionen vom BMBF bezuschusstes Verbundsprojekt mit dem Ziel einer klimaneutralen Kreislaufwirtschaft auf der Basis von Holz. In diesem Rahmen soll vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB ein biotechnologisches Verfahren entwickelt werden, das aus Holzabfällen Wasserstoff und biobasierte Koppelprodukte generiert.

Als Projektpartner beteiligt ist auch der Campus Schwarzwald in Freudenstadt, wo das Verfahren in einer speziell dafür ausgelegten Anlage demonstriert wird. Gemeinsam mit der Universität Stuttgart möchte das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA zudem aufzeigen, wie dieser Energieträger sowohl von Energieversorgern als auch lokalen Betrieben genutzt werden kann.

Seit August 2021 setzt sich die Region Schwarzwald nach eigenen Angaben zum Ziel, die regionalen Holzabfälle, die bei der Verarbeitung zu Möbeln und Baustoffen sowie beim Abbruch von Gebäuden anfallen, energetisch zu nutzen und zugleich regenerativen Wasserstoff herzustellen, statt die Abfälle zum Teil kostenintensiv zu entsorgen.

"Nach dem Ansatz der Bioökonomie wollen wir mithilfe biotechnologischer Prozesse klimaneutralen Biowasserstoff sowie zusätzlich verwertbare Stoffe wie Carotinoide oder Proteine aus Altholz und Holzabfällen herstellen", erläutert Dr. Ursula Schließmann vom Fraunhofer IGB, die das Projekt H2Wood koordiniert.

Partner im Forschungsverbund sind neben dem Fraunhofer IGB auch das Fraunhofer- Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, das Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF der Universität Stuttgart sowie das Centrum für Digitalisierung, Führung und Nachhaltigkeit Schwarzwald gGmbH (Campus Schwarzwald).

"Ziel der Initiative ist es, mithilfe eines umfassenden Konzepts für eine nachhaltige und innovative Versorgung des Schwarzwalds mit Biowasserstoff CO2-Emissionen einzusparen und die Region bei der Erreichung ihrer Klimaziele zu unterstützen", so Stefan Bogenrieder, Geschäftsführer von Campus Schwarzwald.

Kohlenstoffdioxid soll dabei auf zwei Wegen eingespart werden: Einerseits soll der regenerative Biowasserstoff fossile Energieträger ersetzen, andererseits liefern das Rest- und Altholz nicht nur Wasserstoff, sondern kohlenstoffbasierte Koppelprodukte.

"Das aus dem Holz freigesetzte CO2 wird in Form von kohlenstoffbasierten Koppelprodukten gebunden und damit zurück in den natürlichen Kohlenstoffkreislauf geführt", erläutert Schließmann.

Ein Forschungsteam widmet sich auch der Frage, welche Mengen an Rest- und Altholz im holzverarbeitenden Gewerbe und den Kommunen anfallen, wieviel Wasserstoff sich daraus generieren ließe und wie groß dabei das Einsparpotenzial an CO2-Emissionen wäre. Untersucht wird darüber hinaus, wie der erzeugte Wasserstoff am besten gespeichert, transportiert und genutzt werden kann - als Kraftstoff für Fahrzeuge, Brennstoff für Hochöfen und Brennstoffzellen sowie als Grundstoff für industrielle Prozesse und chemische Folgeprodukte.

Dr. Erwin Groß vom Fraunhofer IPA zufolge wird dazu der Energieverbrauch der Industrie, der Haushalte sowie des Nah- und Fernverkehrs analysiert und bewertet und daraus Potenziale einer dezentralen Wasserstofferzeugung und -nutzung innerhalb der Region Schwarzwald abgeleitet. Die Ergebnisse der Erhebungen und Berechnungen würden dann zu einer Wasserstoff-Roadmap für die Region Schwarzwald zusammengefasst.

Da bisher keine Anlage existiert, die Biowasserstoff in größerem Maßstab herstellt, entwickelt und erforscht das Fraunhofer IGB  die dazu notwendigen Prozesse. Im Anschluss daran soll dies dann in einer integrierten Anlage am Campus Schwarzwald in Freudenstadt umgesetzt werden können.

Voraussetzung für die biotechnologische Umwandlung ist die Vorbehandlung des Alt- und Restholzes. Schließmann zufolge müssen zunächst alle chemischen Bestandteile von Holzabfälle aus Hausabbruch, Möbelbau und Baustoffproduktion, beispielsweise Klebstoffe wie Harze und Phenole oder auch Lacke entfernt werden, damit die Bakterien und Mikroalgen ihre Arbeit erledigen können.

Zudem muss das Holz in seine Bausteine zerlegt und die gewonnene Cellulose in einzelne Zuckermoleküle gespalten werden, welche den wasserstoffproduzierenden Mikroorganismen quasi als Futter dienen.

Das Projekt H2Wood – BlackForest wird bis zum 31. Juli 2024 mit einer Gesamtsumme von 12 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Ideenwettbewerbs "Wasserstoffrepublik Deutschland" gefördert.