Projekt 13053/32

Förderschwerpunkt Biotechnologie: Verbund Biotechnologie in der Lebensmittelwirtschaft – Innovative Problemlösungen in Kooperation zwischen Hochschulen und mittelständischen Industrieunternehmen: Projektbegleitende Bewertung biotechnologischer Innovation

Projektdurchführung

Universität BremenInstitut für Umweltverfahrenstechnik
Leobener Str., Gebäude UFT
28359 Bremen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Anwendung und methodische Weiterentwicklung der auf die Produktion ausgerichteten Umweltbilanzierung (Methode der umweltrelevanten Schwachstellenanalyse), um aus der Sicht eines ganzheitlichen Umweltschutzes nachvollziehbare und transparente Bewertungen über konkurrierende Alternativen zur umweltrelevanten Optimierung des Lebenswegs vornehmen zu können. Das Ziel ist eine projektbegleitende umweltrelevante und vergleichende Bewertung von vier der im Rahmen der DBU-Verbundinitiative geförderten biotechnologischen Verfahren zum produktionsintegrierten Umweltschutz in der Lebensmittelindustrie als Einzelsystem, die über Synergien im Bereich produktionsintegrierter Einsatz, Ressourcenminimierung oder Qualitätskontrolle verfügen, sowie als integrativer Bestandteil einer Produktionslinie.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Vorhaben wurde zur Umweltbilanzierung eine am Institut für Umweltverfahrenstechnik entwickelte Methode zur Umweltrelevanten Schwachstellenanalyse von Produktionslinien angewendet, die in den Wirkungskategorien breit angelegt ist und sowohl eine umweltrelevante Bewertung von Produktionslinien als auch den Vergleich von Produktionsverfahren untereinander ermöglicht. Das Ziel der Methode ist es, die ökologischen/ökonomischen Schwachstellen und Optimierungspotenziale entlang bestehender und/oder in Entwicklung befindlicher Produktionslinien als solche zu identifizieren sowie zu charakterisieren, so dass Einsparungs- und Entwicklungspotenziale transparent und nachvollziehbar offengelegt werden können. Die Arbeitsinhalte des Vorhabens sind in 6 Arbeitspakete unterteilt und umfassen u. a. die Festlegung der Zieldefinition, Aufnahme der Stoff- und Energieströme (Sachbilanz), die Ermittlung der umweltrelevanten Wirkungen (Wirkungsbilanz), Anwendung der umweltrelevanten Schwachstellenanalyse (Auswertung) sowie deren methodische Weiterentwicklung, systemare Vergleiche von Variationen, Durchführung von Sensitivitätsanalysen, Austausch von Forschungsaktivitäten (Workshops) etc.


Ergebnisse und Diskussion

Einen Überblick über wesentliche Ergebnisse der vier bewerteten Innovationen gibt folgende Beschreibung:
Biotechnologische Veredelung von Terpenen: Die Innovation ist hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit nicht nur von der Effizienz des Fermentationsprozesses, sondern auch von der Prozessführung im Gesamtsystem abhängig. Aus den Ergebnissen der umweltrelevanten Bewertung wurde deutlich, dass neben der Fermentation vor allem auf eine effektive Produktabtrennung geachtet werden muss. In Abstimmung mit den Projektpartnern konnte der Schwerpunkt der im Projektrahmen möglichen Prozessentwicklung im Hinblick auf die Nachhaltigkeit des Gesamtverfahrens dahingehend gelegt werden, dass aus einem Gemisch von Terpenreststoffen hochwertige Aromastoffe produziert werden, die evtl. als Gemisch mit ähnlicher Wertschöpfung vermarktbar sind. HD-Behandlung von Lebensmitteln: Die Sterilisation von Kindernahrung durch Hochdruck hat entsprechend der bisher vorliegenden Ergebnisse im Besonderen energetische und ressourcensparende Vorteile gegenüber der konventionellen Hitzesterilisation, obwohl diese bei der Firma angewendete konventionelle Technik bereits umweltrelevant weitestgehend optimiert ist. Die Realisierung des Hochdruckverfahrens in die praktische Anwendung scheint allein von den Investitionskosten, der Integrierbarkeit in den Prozessablauf und der Gewährleistung eines hygienisch unbedenklichen Produkts abzuhängen. Brauchwassergewinnung mit Trinkwasserqualität: Die umweltrelevante Bewertung des in diesem Projekt betrachteten Gesamtsystems sowie im Vergleich mit der Verdampfertechnik zeigt, dass sich durch die produktionsintegrierte Brauchwassergewinnung aus Blancheurwasser im Bereich der Fertiggerichtherstellung v.a. hinsichtlich des Ressourcenbedarfs erhebliche Einsparpotenziale realisieren lassen. Die Nachhaltigkeit von Produktionsverfahren diesen Typs kann daher entscheidend verbessert werden, wobei die komplette Rückhaltung von Biomasse und hygienisch bedenklichen Substanzen eine entscheidende Einflussnahme dieses innovativen Systems auf die Nachhaltigkeit zuzuordnen ist. Durch den Einsatz dieser Innovation auf weitere Abwasserteilströme lassen sich noch weitreichendere Optimierungspotenziale erschließen. DNA-Chiptechnologie für die Milchindustrie: Der im Projekt geplante Einsatz von DNA-Arrays ist auf eine frühzeitige Detektierung von Kontaminanten und damit eine erhebliche Reduktion von Fehlfermentationen ausgerichtet. Die systemtechnische Einbindung dieser Messtechnik und Bewertung der Nachhaltigkeit wird am Beispiel einer Sauermilchproduktionslinie durch-geführt, wobei sich ein umweltrelevantes Einsparpotenzial aus der Vermeidung von Emissionen, zu entsorgender Produkte und einzusetzender Reinigungsmittel ergab. Optional kann darüber hinaus, bei recht-licher Akzeptanz von DNA-Arrays zur hygienischen Qualitätskontrolle, der Energiefluss aufgrund erheblich verkürzter Lagerzeiten im Betrieb deutlich reduziert werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- J. Fischer, C. Haase, H. Moormann, J. Wohlers, N. Räbiger: Optimierung von Produktionsprozessen durch Stoffstrombilanzierung und Schwachstellenanalyse, Posterpräs., Kölner Foodtec Tage, 13.-15.03.2002, Köln.
- J. Fischer, C. Haase, H. Moormann, J. Wohlers, N. Räbiger: Projektbegleitende Bewertung von biotechnologischen Innovationen für die Lebensmittelindustrie durch Umweltbilanzierung. GVC/DECHEMA-Jahrestagungen 2002 mit 20. Jahrestagung der Biotechnologen, 11.-13.06.2002, Wiesbaden.
- J. Fischer, C. Haase, H. Moormann, J. Wohlers, N. Räbiger: Projektbegleitende Bewertung von biotechnologischen Innovationen für die Lebensmittelindustrie durch Umweltbilanzierung, Chemie Inge-nieur Technik (74), Nr. 5, S. 705-706 (2002).
- R. Gildemeister, C. Haase, H. Moormann, J. Wohlers, N. Räbiger: Projektbegleitende umweltrelevante Bewertung von biotechnologischen Innovationen für die Lebensmittelindustrie. 21. Jahrestagung der Biotechnologen, 02.-04.04.2003, München.
- R. Gildemeister, C. Haase, H. Moormann, J. Wohlers, N. Räbiger: Umweltorientierte Bewertung von Produktionsprozessen am Beispiel der Verbundinitiative BIOL. Transkript, Sonderband Biokatalyse, 2003, S. 126-129 .
- C. Haase, H. Moormann, J. Wohlers, N. Räbiger: Umweltrelevante Analyse geplanter biotechnologischer Innovationen für die Lebensmittelindustrie zur frühzeitigen Optimierung. Vortrag auf dem GDL-Kongress vom 25.-27.09.2003 in Stuttgart-Hohenheim.
- N. Räbiger, R. Gildemeister, C. Haase, H. Moormann, J. Wohlers: Optimising Economic and Ecological Effects of Production Lines by Weak Point Analysis. Vortrag am 22.05.2003 auf der A-CHEMA 2003, Frankfurt/M.


Fazit

Durch die Anwendung des Methodenkonzepts zur umweltrelevanten und ökonomischen Bewertung von Produktionslinien konnte frühzeitig Einfluss auf die Innovationen unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit genommen werden. Die Verlässlichkeit der über die Schwachstellenanalysen erzielten Ergebnisse wird maßgeblich durch die Festlegung der Prozessabfolge, der Prozessführung selbst und der Qualität der zur Verfügung stehenden Daten bestimmt. Hier gab es projektabhängig starke Unterschiede, da sich die Innovationen als Bestandteile von Gesamtverfahren z. T. in sehr unterschiedlichen Entwicklungssta-dien befanden: Die Projekte DNA-Chiptechnologie für die Milchindustrie und Brauchwassergewinnung mit Trinkwasserqualität boten aufgrund der bekannten konventionellen Verfahren eine umfassende Datenbasis, die auch für Modifizierungen durch Innovationen eine solide Datenbasis lieferten. Dagegen waren für die Projekte HD-Behandlung von Lebensmitteln und Biotechnologische Veredlung von Terpenen mehr Annahmen zu treffen. Synergien der Innovationen zu anderen Projekten inner- und außerhalb des Verbunds sind gegeben. So sind der Einsatz der Hochdrucksterilisation als auch von DNA-Arrays für eine Brauchwassergewinnung mit Trinkwasserqualität unter umweltrelevanten Gesichtspunkten im Hinblick auf eine Realisierung zu überprüfen.