Biomassekonversion und Nährstoffrecycling

Die Arbeitsgruppe »Biomassekonversion und Nährstoffrecycling« adressiert zentrale Herausforderungen der Bioökonomie und Kreislaufwirtschaft durch skalierbare, marktrelevante Lösungen und Entwicklungen. Unser Ziel ist es, organische Materialien und Reststoffe systematisch zu bewerten und als wertvolle Ressourcen nutzbar zu machen. Zudem möchten wir Wasser‑ und Nährstoffströme effizient schließen. Dazu kombinieren wir innovative physikalische, chemische sowie biologische Verfahren und entwickeln diese gezielt weiter – teilweise unter Einsatz keramischer Komponenten. Die daraus gewonnenen Energieträger und stofflichen Produkte analysieren wir im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit, ökologische Wirkung und ihre Einbindung in bestehende Wertschöpfungs- und Marktstrukturen. So leistet das Fraunhofer IKTS einen Beitrag zur effizienten Ressourcennutzung und zur Überführung neuer Verwertungspfade in die Anwendung.

 

Ressourcenerschließung und Verwertungspfade
 

Energieträger

Für eine nachhaltige und flexible Energieversorgung wandeln wir Biomasse in feste, flüssige und gasförmige Energieträger (Biogas, biogene Brennstoffe, Bioethanol etc.) um.

Stoffliche Produkte

Darüber hinaus entwickeln wir aus Biomasse hochwertige stoffliche Produkte, darunter organische Fasern für die Papier  und Werkstoffindustrie (z. B. Kunststoffersatz und funktionale Formkörper) sowie innovative Düngemittel und Torfersatzstoffe. Diese Sekundärrohstoffe tragen zur Substitution fossiler Ressourcen und zur Stärkung regionaler Wertschöpfungsketten bei.

Wasserkreisläufe

Ein wesentlicher Aspekt bei der Verarbeitung biogener Rohstoffe – etwa in der Lebensmittel-, Papier- oder Agrarindustrie sowie der Bioökonomie – ist die konsequente Schließung von Wasserkreisläufen. Hierfür arbeiten wir an Materialien und Verfahren zur Aufbereitung von Prozess- und Abwässern, die eine direkte Wiederverwendung im Betrieb oder eine Nutzung als qualitativ hochwertiges Bewässerungswasser in der Landwirtschaft ermöglichen. Das Portfolio reicht von chemie- und biologiefreien Systemen (Membranen, erweiterte Oxidationsverfahren) bis hin zu spezialisierten biologischen Verfahren.

Nährstoffkreisläufe

Die Schließung von Nährstoffkreisläufen im landwirtschaftlichen Kontext bildet einen weiteren Schwerpunkt, der wesentlich zur Steigerung der Ressourceneffizienz beiträgt. Durch Kompetenzen im Nährstoffmanagement und in der Aufbereitung organischer Reststoffe qualifizieren wir Recyclate für den sicheren und effizienten Einsatz als Dünger in agrarischen Systemen. Dies umfasst sowohl chemische als auch phytotoxikologische Bewertungen.

 

Analytische Prozessbewertung
 

Die Entwicklung neuer Produkte und Technologien wird durch eine systematische und begleitende Prozessbewertung unterstützt. Grundlage dafür ist eine umfassende Spezialanalytik, mit der zentrale Stoff‑ und Prozesseigenschaften (u. a. Partikelgrößenverteilung, Viskosität, Nährstoffe und deren Pflanzenverfügbarkeit sowie Spurenstoffe) untersucht werden. Diese Analysedaten bilden die Basis für Machbarkeitsstudien sowie für die Bewertung und Weiterentwicklung von Prozessen. Durch die enge Verzahnung von experimenteller Forschung, techno‑ökonomischer Analyse und ökologischer Bilanzierung ermöglichen wir fundierte und unabhängige Bewertungen von Technologien und Produkten – in enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern.

 

Leistungsangebot
 

Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft wird ein umfassendes Spektrum an Dienstleistungen und Kooperationsmöglichkeiten angeboten:

• Potenzial- und Machbarkeitsstudien: Durchführung datenbasierter, analytischer und experimenteller Untersuchungen, einschließlich Vor-Ort-Analysen sowie Versuchen mittels mobilen Technikumsanlagen
• System- und Stoffstromanalysen: Ganzheitliche Bilanzierung betrieblicher Prozesse sowohl beim Kunden als auch im Labor- und Technikumsmaßstab
• Prozessoptimierung Fermentation: Substrataufschluss, Optimierung des anaeroben Konversionsprozesses, Stofftrennung und Produktaufbereitung, Steigerung der Prozessintensität sowie Flexibilisierung der Biogaserzeugung
• Innovative Prozess- und Abwasseraufbereitung: Implementierung modularer Trenn- und Reaktorkonzepte (Membranverfahren, AOP, Ultraschall) zur Optimierung der Wasserwiederverwendung
• Nährstoffrecycling und Produktentwicklung: Rückgewinnung von Makronährstoffen (Stickstoff, Phosphor) aus biogenen Stoffströmen sowie die Konfektionierung von Düngerprodukten und Kultursubstraten
• Controlled-Environment Agriculture (CEA): Entwicklung und Erprobung von Systemlösungen für Hydroponik, Algenkultivierung und Indoor-Farming
• Skalierung und strategische Bewertung: Erstellung von Ökobilanzen (LCA), techno-ökonomische Bewertungen sowie die fachliche Begleitung bei der Pilotierung und Skalierung innovativer Verfahren