Der Forschungsschwerpunkt Circular Bioökonomien und Bioraffinerien (CBB) hat zum Ziel, nachhaltige Prozesse und Technologien zu entwickeln und ihre Auswirkungen auf Prozess- und Systemebene zu erforschen. Wir konzentrieren uns dabei auf zwei thematische Einheiten innerhalb dieses Forschungsschwerpunkts: Biorefineries und Systemintegration.

Im Themenbereich Bioraffinerien entwickeln wir netto-null und nachhaltige Biorefinery-Konzepte für die vollständige Verwertung von lignocellulosehaltigem Restbiomasse, wobei der Fokus hauptsächlich auf Chemikalien und Materialien liegt. Im Themenbereich Systemintegration erforschen wir die potenziellen langfristigen Auswirkungen (positiv und negativ), die durch die Skalierung, Demonstration, Markteinführung, Verbreitung und Interaktion zwischen nachhaltigen Technologien verursacht werden können.

Bioraffinerien sind integrative, multifunktionale Konzepte, die Biomasse als Rohstoff verwenden und dabei verschiedene nachhaltige Zwischen- und Endprodukte produzieren (Ligninpulver und -partikel, Biokomposite, Zuckerersatzstoffe, Pharmazeutika usw.). Wir entwickeln netto-null- und nachhaltige Bioraffinerie-Konzepte für die vollständige Verwertung von residualer lignocellulosischer Biomasse, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf Chemikalien und Materialien liegt.

Unsere Hauptziele sind:

• Produktorientierte Bioraffinerien: Produktion von Chemikalien und Materialien als Zwischen- und Endprodukte. Nicht genutzte Ströme werden für die Biogasproduktion verwendet.

• Vollständige Nutzung von Biomassefraktionen: Verwertung aller lignocellulosischen Fraktionen, d.h. Zellulose, Hemicellulose, Lignin und Extraktiven.

• Netto-null-Bioraffinerien: Energieautarkie und Entfossilisierung durch die Verwendung von Rohstoffen für die Energieversorgung.

Experimentelle Infrastruktur

Wir verfügen über verschiedene Einrichtungen zur Durchführung von hydrothermaler Verarbeitung in Autoklaven bis zu 220°C und 30 bar. Unter diesen Bedingungen weisen Lösungsmittel verbesserte Massentransfereigenschaften auf, die die Extraktion und Hydrolyse von lignocellulosehaltigen Komponenten verbessern.

• Reaktorsysteme im Labormaßstab: Zirbus HAD 1 L und Parr 3,7 L Reaktoren, max. 250 °C, 50 bar, Kapazität für ca. 50 g und 150 g festes Ausgangsmaterial.
• Pilotanlage Reaktorsystem: 10 L Extraktor, max. 220 °C, 30 bar, 60 L Extraktsammelbehälter und ca. 1 kg fester Einsatzstoffe; Dünnschichtverdampfer zur Lösungsmittelrückgewinnung und Extraktkonzentration.
• Charakterisierung von Rohstoffen: Wir verfügen über Geräte zur Charakterisierung von strukturellen Kohlenhydraten, Klason-Lignin, Extraktstoffen und Asche aus lignozellulosehaltiger Biomasse. 
• Produktcharakterisierung: Wir verfügen über etablierte Analysemethoden zur qualitativen Charakterisierung von Extrakten (GC-MS), Zuckern und ihren Abbauprodukten (HPAEC und UHPLC), Molekulargewichtsverteilung, antioxidativem Potenzial, hydrodynamischem Durchmesser und verschiedenen Mikroskopieverfahren (Licht- und Rasterelektronenmikroskopie).

Reaktorinfrastruktur für lignocellulose Biomassevorbehandlung und Extraktion

Reaktorinfrastruktur für lignocellulose Biomassevorbehandlung und Extraktion

Bewertung der Nachhaltigkeit:

Unsere Hauptstrategie besteht darin, experimentelle und simulative Arbeiten bereits in der Entwurfsphase zu kombinieren, um den Entwurf zukünftiger Bioraffinerien zu optimieren. Diese Arbeit ist eng mit unserem FB2-Forschungsschwerpunkt verbunden: Prozess-Simulation. Auf diese Weise werden Bioraffineriekonzepte entwickelt, die auf die aktuelle sozioökonomisch-politische Realität anwendbar sind und als Leitfaden für Entscheidungsträger bei der Entwicklung wirtschaftlicher und politischer Rahmenbedingungen dienen, sowie Bioraffinerien als industrielle Perspektive für den Übergang zu einer Kreislauf-Bioökonomie fördern.

Die Entwicklung von nachhaltigen Bioraffineriekonzepten wird begleitet von:  

• Prozesssimulation.
• Energieoptimierung (Pinch-Analyse, Wärmeintegration, Exergie-Analyse).
• Techno-ökonomische und Lebenszyklus-Bewertung
• Prospektive, attributive und konsequente Ansätze.

Für weitere Informationen steht Ihnen Sebastian Serna-Loaiza (Kontaktinformation, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster) zur Verfügung.

Der Forschungsschwerpunkt der Systemintegration (SI) untersucht potenzielle langfristige Auswirkungen (positiv und negativ), die durch die Skalierung, Demonstration, Markteinführung, Verbreitung und Interaktion zwischen nachhaltigen Technologien verursacht werden können.

Verschiedene Arten von Ressourcen müssen kontinuierlich extrahiert, erzeugt, verarbeitet, umgewandelt, gehandelt, gespeichert, eingesetzt, verschwendet, recycelt und wiederhergestellt werden, um den Energie-, Material- und Nahrungsmittelbedarf der Menschheit zu decken.

Relevante ressourcen können biogen oder abiotisch, in unterschiedlichen Aggregatzuständen (fest, flüssig, gasförmig) oder sogar immateriell.

Relevante ressourcen können biogen oder abiotisch, in unterschiedlichen Aggregatzuständen (fest, flüssig, gasförmig) oder sogar immateriell.

Was sind die Risiken und Chancen gekoppelter Ressourcennetze? Wie können wir Technologien, Märkte und Politiken so lenken, dass sie die positiven Folgen gekoppelter Netze verstärken und potenziell schädliche Folgen abschwächen?

Diese und daraus abgeleitete Forschungsfragen beantworten wir über

• Fundamentale Forschung

• Inter- & transdisziplinäres Engagement

• Systemmodellierung, quantitative und qualitative Zukunftsstudien

• Politische Unterstützung & Beratung

 

Unsere Systemwandelforschung ist in internationale und nationale Forschungsprojekte, F&E-Innovations- und Politikberatungen, Master- und PhD-Themen und in breite fachliche Netzwerke innerhalb der TU Wien, zwischen österreichischen Forschungseinrichtungen und international eingebunden. Bei weiteren Fragen, steht Ihnen Fabian Schipfer (Kontaktinformationen, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster) zur Verfügung.

 

Zusätzliche Ressourcen:

• www.schipfer.eu

• International Energy Agency Bioenergy Technology Collaboration Programme (IEA Bioenergy TCP)