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Green Sugar GmbHProduktinnovationen aus Biomasse
Sitz: Bärensteiner Str.16; 01277 Dresden
Alles auf (Grün)zucker
Green Sugar GmbH
Bärensteiner Str. 16, 01277 DresdenKontakt:
Matthias Schmidte-mail: schmidt@green-sugar.eu
web: www.green-sugar.eu
Produktinnovationen aus Biomasse
Frankfurt, 18.02.2008
Green Sugar GmbHProduktinnovationen aus Biomasse
Sitz: Bärensteiner Str.16; 01277 Dresden
Inhalt
1 Verzuckerungsverfahren
1.1 Die Geschichte des Verzuckerungsverfahrens
2 Die Green-Sugar Technologie
2.1 Rohstoffe
2.2 Technologie
2.3 Produkte
3 Zuckerspektrum anhand ausgewählter Beispiele
4 Demonstrationsanlage
5 Visionen
Green Sugar GmbHProduktinnovationen aus Biomasse
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Verzuckerungsverfahren
grundsätzlich gibt es 3 Arten der Verzuckerung von lignocellulosehaltiger Biomasse
• Verzuckerung mittels konzentrierter Säuren in der „Kälte“
• Verzuckerung mittels verdünnter Säuren in der „Hitze“
• enzymatische Verzuckerungsverfahren
Reschetilowski, W.; Schmidt, M.: Bioethanol im Fokus der nachhaltigen Energie- und Chemiewirtschaft. Wissenschaftliche Zeitschrift der Technischen Universität Dresden 56 (2007) Heft 3-4, S. 73-78
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Die Geschichte des Verzuckerungsverfahrens(Hydrolyse mittels konz. Salzsäure)
• 1856 erkannte der Franzose Bechkamp, dass Salzsäure zelluloseartige Stoffe, wie Baumwolle, löst
• 1881 erstes technisches Patent durch Dangevilliers (FP 131023)
• 1913 R. Willstätter beschäftigt sich mit der Salzsäurehydrolyse (DRP 273800)
• ab 1916 entwickelten F. Bergius, E. Hägglund und Gebrüder Koch das so genannte Rheinau-Verfahren ◉
• die Deutsche Bergin AG baute Versuchsanlagen in Genf (Schweiz) und Mannheim-Rheinau und führte das Verfahren bis zur Stilllegung 1948 mit Fichten- und Buchenholzabfällen großtechnisch durch
• 1948-1953 entwickelten E. Hägglund, K. Schönemann und H. Specht das neue RheinauerHolzverzuckerungsverfahren
- großtechnische Produktion von Glucose und Xylose 1953-1959 in Mannheim-Rheinau
• Modifikationen des Prozesses durch Noguchi-Institut Japan (Shin Nippon Chisso-Prozess)
- Errichtung einer Pilotanlage und Produktion 1953-1955
• 1965-1987 Betrieb zweier Anlagen durch das Militär der ehemaligen Sowjetunion in Sibirien
• Ab 2006 Neukonzeption des Prozesses zur Verwendung von Einjahrespflanzen durch die Green Sugar GmbH – Errichtung eines Technikums in Dresden
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Hydrolyse
Grünzucker
Green Sugar Technologie
Säure
• Basiert auf der sauren Hydrolyse von pflanzlichen Biomassen
• Erschließung aller Kohlenhydrate („Grünzucker“) in einem zweistufigen Verfahren
• Keine Begrenzung in der Auswahl der verwendeten Pflanzen
• Vollständige stoffliche und energetische Verwertung möglich
Biomasse
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Rohstoffe
NadelholzschnitzelLaubholzspäne
BirkeWeide
MistelKoniferen
Sanddorn
Stroh WeizenGrünschnitt Dresden
Kanadische WasserpestKleie Weizen
Presskuchen RapssamenZuckerrübenpellets
Vinyltapete
Laub AhornLaub Buche
Miscanthus
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Modul 3Säure/Zucker-
Separation
Modul 5Entfärbung/
Ionenaustausch
Vorzuckerlösung ( Salze, Aminosäuren, Zucker [xyl, glc, ara, gal])Hauptzuckerlösung (glc)
Waschwasser (glc)
50000 t TS
Modul 1Biomasse-
vorbehandlung
HCl 32%ig
HCl 41%ig
Wasser
Wasser,Essigsäure
Modul 2Hydrolyse
Lignin
Modul 8Verbrennung
Wasser, HCl
Modul 4bSäurerückgewinnung
NaOHAktivkohle
NaCl
HCl
CO2
Modul 6Fermentation/Destillation
Ethanol19,7 Mio. Liter
Modul 4aSäureabsorption
Modul 7Reststoffhandling
(Entsorgung, Biogas)
Aktivkohle Basische Aminosäuren(Lysin, Arginin, u.a.)
Futterhefe
Technologie Ethanol 19,7 Mio. l
Wasser
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Der GrünzuckerDer Grünzucker (engl.: green sugar) ist ein Sammelbegriff für die monomerenZucker, die aus den Kohlenhydraten einer beliebigen Pflanze durch physikalische, chemische oder biotechnologische Verfahren gewonnen werden können.
Zu den Kohlenhydraten gehören die Sucrose, bekannt aus der Zuckerrübe oder Zuckerrohr, und die Stärke, bekannt aus Kartoffeln und Getreide. Dazu gehört ebenfalls die in jeder Pflanze vorkommende Zellulose und Hemicellulosen.
Grünzucker macht somit ca. 70% der pflanzlichen Biomasse aus, ein Potential, das es zu nutzen gilt.
Die Produkte
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Pflanze
GS-Technologie
Lignin (20-30%)
Grünzucker (50-75%)
Protein (2-8%)
Fette,Öle, Wachse (1%)
Sonstiges (<1%)
Energiegewinnung
EEG
Senkung Betriebskosten
CO2-Handel
Stoffliche VeredlungAktivkohle
p-Cumol, u.a.
Stoffliche VeredlungEthanol / Biokraftstoffe
Xylose / Spezialzucker
Butanol/Aceton
Stoffliche VeredlungAminosäuren
Düngemittel
Futtermittel
*) Fett gekennzeichnet sind Produkte mit Markteindringung bis 2012
Die Produkte
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100 kg Stroh oder Holz = 67 kg Grünzucker
(5 kg Salze, Proteine, u.a.)
+28 kg Lignin 40 l Ethanol (100%)
Produkte
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Probleme bei der Gärung von C5-Zuckern durch Hefen
Produkte - Ethanol
Klyveromyces fragilis *
Pichia stipitis *
Pachysolen tannophilus *
Saccharomyces Cerevisiae C6-Verwerter
C6/C5-Verwerter
C5/C6-Verwerter
C6/C5-Verwerter
Konstruktion einer Mischkultur zur C5/C6-Verwertung
* Natürliche mutierte Hefen aus der Stammsammlung der ehemaligen DDR
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Grünzucker
Chemische Konversion Biotechnologische Konversion
Furfural
5-Hydroxymethylfurfural
Lävulinsäure
5-Methylfurfural
Zuckersäuren
Zuckeralkohole
2,3-Dihydroxybuttersäure
Ameisensäure
u.v.m.
Ethanol
Essigsäure
Butanol/Aceton
Milchsäure
Zitronensäure
Bernsteinsäure
Itakonsäure
Glycerin
Methan
Butan-2,3-diol
u.v.m.
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Zuckeranalytik (HPLC): Probe Grünschnitt
Vollständige HydrolyseHPLC (Varian ProStar 210): T=30°C, Fluß=0,3ml/min, Detektion: Brechungsindex
Xylose
Glucose
Arabinose
Mannose
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Zuckeranalytik (HPLC): Probe Miscanthus
Cello-
tetrose
Glucose
Arabinose
Xylose
Cello-
diose
vollständige HydrolyseHPLC (Varian): T=30°C, Fluß=0,6ml/min, Detektion: Brechungsindex
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Xylose
Glucose
Cello-
tetrose
Arabinose
Zuckeranalytik (HPLC): Probe Miscanthus
Vor-HydrolyseHPLC (Varian): T=30°C, Fluß=0,6ml/min, Detektion: Brechungsindex
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Xylose
Vor-Hydrolyse und UmkristallisationHPLC (Varian): T=30°C, Fluß=0,6ml/min, Detektion: Brechungsindex
Zuckeranalytik (HPLC): Probe Miscanthus
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Haupt-Hydrolyse + NachhydrolyseHPLC (Varian): T=30°C, Fluß=0,6ml/min, Detektion: Brechungsindex
Glucose
Xylose
Mannose ?
Zuckeranalytik (HPLC): Probe Miscanthus
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Demonstrationsanlage
Demonstrationsanlage
189,9 t Ethanol 19,8 t Essigsäure 23,3 t Xylose 148,5 t Lignin
Biomasse 2t/d
16,5 t Aminosäuren
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keine Konkurrenz mit der Nahrungs- oder Futtermittelherstellung
keine Regenwaldabholzungen für Palmöl- und Zuckerrohrplantagen
regionale Wertschöpfung durch Biomassenanbau und –verarbeitung
Potential für Reststoffverwertung (Grünschnitt von Autobahnen u.ä.)
Produkte aus Biomassen sind CO2-neutralDie Abgaswerte liegen beim Ethanol als Kraftstofffür Kohlenmonoxid (CO), für Kohlenwasserstoff (HC) und Benzol als kanzerogenem Aromat im Durchschnitt um 50% unter den Benzinvergleichswerten
Umweltrendite
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• Markteindringung auf dem Gebiet der Produktion von Bioethanol
• Europaweit Bau von ca. 40 Anlagen geplant
Vision nahe Zukunft
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• Produktion von weiteren Basis-Chemikalien, Zwischen- und Endprodukten für die chemische Industrie
• Vorrangig an den vorhandenen Standorten geplant
Mittelfristige Vision
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Langfristige Vision
• Vollständige Substitution von fossilen Rohstoffen als Basis für die chemische Industrie durch organische Verbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen
• Vernetzung der Rohstoffzyklen an den Standorten
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Wir suchen
• Projektpartner zur Forschung und technischen Realisierung von Verfahren und Anlagen für Zuckerfolgeprodukte
• Projektpartner zur Erforschung der Verwendung von Lignin und Lignin-Folgeprodukten
• Partner für die Anlagenoptimierung
• strategische Partnerschaften mit Investoren
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Danksagung
Wir bedanken uns für die fachliche und finanzielle Unterstützung bei:
• Prof. Reschetilowski (TU Dresden)
• Prof. Pätz (Hochschule Anhalt)
• Stadtwerke Dresden GmbH (DREWAG)
• Georg Fischer AG (Schweiz)
• Tacmina Corporation (Japan)
• Lubrizol Corporation (USA)
• Fangmann Unternehmensgruppe Salzwedel
• Icking OHG Borken
• Opti Bau GmbH Riesa