Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Das Fraunhofer IGB begleitet den Rohstoffwandel der Prozessindustrie, gerade im Industriezweig Chemie und liefert Beiträge zu allen vier Bereichen der Bioökonomie: Lebens- und Futtermittel, nachhaltige chemische Produkte und Bioenergie.

Das Fraunhofer IGB ist Forschungs- und Entwicklungspartner in der Entwicklung von

• Verfahren zur Vorbehandlung und Fraktionierung von Rohstoffen,
• Verfahren der industriellen Biotechnologie zur selektiven Stoffumwandlung mit enzymatischen oder fermentativen Prozessen,
• chemokatalytischen, elektrochemischen und elektrobiokatalytischen Prozessen und deren Kopplung mit biotechnologischen Prozessen,
• Power-to-X-Verfahren zur Nutzung regenerativ erzeugter Redoxäquivalente für Syntheseprozesse,
• Maßgeschneiderten dünnen Schichten oder definierten Funktionen an Oberflächen.

www.igb.fraunhofer.de/nachhaltige-chemie

Mit seinen Entwicklungen aus der Biologie und Bioverfahrenstechnik und neuesten Ansätzen der Digitalisierung treibt das Fraunhofer IGB den Wandel zu einer nachhaltigen Bioökonomie in der Umwelttechnik voran.

Das Fraunhofer IGB ist Forschungs- und Entwicklungspartner in der Entwicklung von

• Konzepten und Technologien für Wassermanagement und Wasserreinigung,
• Verfahren zur Gewinnung von Biogas aus Abfall- und Reststoffen,
• Technologien zur Rückgewinnung von Nährstoffen aus Abwasser, Abfall- und Reststoffen,
• Verfahren zur Trocknung/Pyrolyse organischer Reststofffraktionen als Bodenverbesserer sowie
• Aufarbeitungsprozessen auf molekularer bzw. atomarer Ebene (Edelmetalle, Seltene Erden).

www.igb.fraunhofer.de/umwelt

Das Fraunhofer IGB hat Technologien entwickelt, die ein ebenso kostengünstiges wie effizientes Wassermanagement in urbanen Strukturen durch dezentrale Aufbereitung von Wasser- und Abwasserströmen ermöglichen. So bieten wir Systemlösungen für ein zukunftsfähiges kommunales Wassermanagement in ländlichen Regionen, Neubaugebieten, Stadtteilen mit Sanierungsbedarf und auch für Freizeitressorts, Touristikzentren und Hotelkomplexe.

Die effiziente Erzeugung von Biogas aus Klärschlamm mit unserem Verfahren der Hochlastfaulung haben wir bereits auf verschiedenen kommunalen Kläranlagen umgesetzt. Durch die Hochlastfaulung wird der Klärschlamm mit Nettoenergiegewinn stabilisiert, kann optimal entwässert und mit kleinstmöglichem Kostenaufwand thermisch entsorgt werden. Dabei entsteht der regenerative Energieträger Biogas als Produkt. Mit dem gewonnenen Biogas kann der Energiebedarf der Kläranlage gedeckt und so weitere Kosten eingespart werden. Die Hochlastfaulung stellt deshalb auch betriebswirtschaftlich eine intelligente Alternative dar und verbessert die Energieeffizienz kommunaler Kläranlagen deutlich. Unser Know-how zur Vergärung organischer Stoffe setzen wir ebenso für die Nutzung von Bioabfällen, Reststoffen der Lebensmittelindustrie und der Landwirtschaft ein. Landwirtschaftliche Biogasanlagen optimieren wir hinsichtlich Produktivität und Effizienz.

Oxidative Verfahren bieten effektive und nachhaltige Lösungsansätze für die Wasseraufbereitung. Unter oxidativer Wasseraufbereitung (engl. Advanced Oxidation Processes, AOP), häufig auch erweiterte Oxidation genannt, werden Verfahren zur chemischen Aufbereitung zusammengefasst, bei denen Hydroxyl-Radikale gebildet werden. An unserer Forschungsanlage entwickeln wir für Kunden optimierte oxidative Verfahren. Die modularen Einheiten (Ozongenerator, Ozonreaktor, UV-Reaktor, Ultraschall-Einheiten, Elektrolysezelle) sind frei kombinierbar.

Gülle und Gärreste enthalten wertvolle Pflanzennährstoffe, vor allem Stickstoff, Phosphor und Kalium, unverdauliche Pflanzenfasern sind weitere Bestandteile. In dem von der EU geförderten und vom Fraunhofer IGB koordinierten Projekt BioEcoSIM wurden verschiedene Verfahren zur Aufbereitung entwickelt und die einzelnen Prozessstufen im Demonstrationsmaßstab in einer Anlage kombiniert. Damit werden die Abfall- und Reststoffe zu wertvollen Rohstoffen und der natürliche Nährstoffkreislauf geschlossen. Eine erste vollautomatisierte Aufbereitungsanlage mit einem Durchsatz von einem Kubikmeter pro Stunde wurde am SUEZ-Standort Zorbau in Sachsen-Anhalt aufgebaut und getestet. Die flexibel ausgelegte Anlage soll Rinder- und Schweinegülle, aber auch Gärreste aus Biogasanlagen, verarbeiten und als Blaupause für weitere großtechnische Anlagen dienen.

Regionale Konkurrenzen um die Ressource Wasser sind keine Seltenheit. Durch Klimawandel, Urbanisierung und Verschmutzung der Wasserressourcen könnten sich Nutzungskonflikte in den nächsten Jahrzehnten noch verschärfen. Deshalb sind neue Verfahren für die Wasseraufbereitung und Wasserwiederverwendung sinnvoll. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt »HypoWave« wurde ein wassersparendes Konzept für die Landwirtschaft untersucht: Die hydroponische Pflanzenproduktion, deren Bewässerung aus kommunalem Abwasser gewonnen wird. Wie die Umsetzung des Konzepts jeweils aussehen kann, wurde im Rahmen von Fallstudien an vier unterschiedlichen Standorten in Deutschland, Belgien und Portugal ermittelt.

Im Rahmen der Pilotierung des Gesamtsystems hat das IGB einen von dem Partner ACS-Umwelttechnik GMBH & Co. KG erstellten EGSB-Reaktor (Expanded Granular Sludge Bed) zur anaeroben Vorbehandlung des kommunalen Abwasser betrieben. Hier wurden organische Verunreinigungen in den Energieträger Biogas umgewandelt, während die Nährstoffe, die als Dünger für die Pflanzen im hydroponischen System notwendig sind, erhalten bleiben. Eine übergreifende Steuerung für die Pilotanlage ermöglicht es, dass die einzelnen Module der Abwasseraufbereitung und der Pflanzenproduktion miteinander kommunizieren.

www.igb.fraunhofer.de/hypowave

Ziel des Projekts Hydrofichi war die Modifikation textiler Oberflächen mittels nachwachsender Rohstoffe, um bisher eingesetzte umweltschädliche und toxische Agenzien zu ersetzen. Hierzu wurde eine Chitosan-basierte hydrophobe Veredlung von Textilien entwickelt. Dadurch können toxische und erdölbasierte Stoffe ersetzt werden, die man aktuell für die Textilveredlung verwendet. Wie dies funktionieren kann, hat das Fraunhofer IGB mit Partnern im Projekt HydroFichi erforscht: Entwickelt wurde eine Technologie, um Fasern mithilfe biotechnologischer Prozesse und Chitosan mit gewünschten Eigenschaften versehen zu können.

www.igb.fraunhofer.de/hydrofichi

Die Zeit beim Klimaschutz drängt. Einen Lösungsansatz bietet die Nutzbarmachung des Treibhausgases CO₂ als Rohstoff für Chemikalien. Hierfür hat das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie in dem von der EU geförderten Projekt CELBICON einen neuen Weg verfolgt. Durch eine Kombination von elektrochemischer und biotechnologischer Umwandlung gelang es den Forschern, aus dem aus Luft adsorbierten Treibhausgas einen wertschöpfenden terpenoiden Farbstoff herzustellen.

www.igb.fraunhofer.de/celbicon