Dr. Arno Cordes
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31.03.2023

Gesamtziel dieses Projektes war die Entwicklung eines biologischen Aufschlussverfahrens für Getreidestroh auf Basis von halophilen Mikroorganismen. Dieses Ziel wurde vollständig erreicht. Zunächst wurde eine temperierbare Laborberieselungsanlage zur Ermittlung der optimalen Aufschlussbedingungen konzipiert und aufgebaut. Da sich lichtmikroskopische Untersuchungen als ungeeignet zur Beurteilung des Aufschlussgrades des Strohs erwies, wurde ein enzymatisches Verfahren entwickelt. Dieses basiert darauf, die Zugänglichkeit des Strohmaterials für enzymatische Umsetzungen durch Inkubation der Strohproben mit einer definierten Enzymmischung und Messung der freigesetzten Zucker zu beurteilen Es zeigte sich, dass der Aufschlussgrad mit steigender Sole-Konzentration abnimmt. Die Zugabe von Stickstoff- und Phosphorquellen wirkte sich eher negativ aus. Dagegen wirkte sich das Anreichern von halophilen Mikroorganismen durch die Beimpfung der Sole mit aus den vorherigen Versuchen gewonnenen Konsortien positiv auf den Strohaufschluss aus. Grundlegende Parameter für das entwickelte Strohaufschlussverfahren waren 2,5 - 5 % Sole bei einer Aufschlusszeit von 14 - 15 Tagen. Durch die Versuche im Technikumsmaßstab des Projektpartners PFI konnten diese Ergebnisse bestätigt werden: Auch hier erwiesen sich eine Solekonzentration von 2,5% und eine Aufschlusszeit von 14 Tagen als optimal.

Getreidestroh stellt mit einer jährlichen Produktion von ca. 20 Mio. t allein in Deutschland ein enormes Potential für die Verwendung als nachwachsender Rohstoff dar. Die Verwertung von Getreidestroh bzw. Weizenstroh setzt allerdings die Entwicklung adäquater Aufschlusstechnologien voraus, um aus der Lignocellulose die vergärbaren Mono- und Disaccharide freizusetzen. Unter den bisher untersuchten physikalischen, chemischen und biologischen Methoden ist der hydrothermale Aufschluss mittels Thermodruckhydrolyse (TDH) eine vielfach eingesetzte Technologie, die in verschiedenen Projekten am PFI etabliert und optimiert wurde. Allerdings ist zur Generierung von Zuckern ein nachfolgender Schritt – die enzymatische Hydrolyse der Cellulose-Fraktion – notwendig, die momentan noch einen kritischen Punkt darstellt. Zwar bewirkt die TDH-Vorbehandlung eine deutliche Verbesserung der enzymatischen Hydrolyse, jedoch sind die derzeitigen Enzymkosten für eine wirtschaftliche Nutzung noch zu hoch. Die Ergebnisse aus einem vorangegangenen FuE-Projekt (FKZ22034011; 22016912) zeigten, dass ein effektiver Aufschluss von Strohbiomasse auch mit halophilen Mikroorganismen möglich ist. In diesem Projekt wurde mittels eines Gradierwerkes, welches mit Stroh und einer Sole betrieben wurde, eine mikrobielle Biozönose angereichert, die in der Lage war, das Stroh von drei verschiedenen Getreidesorten anzugreifen: Durch Behandlung dieses Strohs mit dem cellolytischen Enzym Biogazym2x der Firma ASA Spezialenzyme GmbH konnte die Cellulose direkt zu freien Zuckern abgebaut werden. Gesamtziel dieses Projektes war daher die Entwicklung und Optimierung des Sole-Prozesses im Labor und im technischen Maßstab. Hierbei galt es insbesondere, eine signifikante Verkürzung der Behandlungszeiten zu erreichen und den Nachweis einer Umsetzbarkeit unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu demonstrieren.