Projekt 26589/01

Entwicklung einer Verfahrenstechnik zur Generierung von Methan aus Stärkeschlichte in der textilen Vorbehandlung von Baumwolle

Projektdurchführung

ÖKOBiT GmbH
Jean-Monnet-Str. 12
54343 Föhren

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In der Baumwollveredlung werden weltweit jährlich über eine Million Tonnen Stärkeschlichte eingesetzt, um den Kettfaden vor den mechanischen Belastungen beim Webprozess zu schützen. Nach der Weberei muss diese Schlichte wieder von der Rohbaumwolle entfernt werden, da sie nachfolgende Veredlungsstufen beeinträchtigen würde. Die klassische Entschlichtung von Baumwollgeweben wird seit vielen Jahrzehnten mit Amylasen durchgeführt, wobei die wasserunlösliche Stärkeschlichte enzymatisch zu wasserlöslichen Oligosacchariden hydrolysiert und ungenutzt mit dem Abwasser entsorgt wird. Die Entsorgung der entstehenden Kohlenhydrate führt wegen ihres außerordentlich hohen CSB-Wertes zu hohen Kosten für den Textilveredlungsbetrieb, und darüber hinaus gelten diese zuckerhaltigen Abwässer gerade wegen ihres CSB-Gehaltes als ökologisch bedenklich. Das Ziel des Projektes war die Entwicklung einer Verfahrenstechnik zur Weiterverwertung dieser zuckerhaltigen Abwässer aus der Baumwollentschlichtung. Dabei sollte die Stärke mit stärkespaltenden Enzymen zu kurzkettige Zuckern hydrolysiert werden, die in einem nachgeschalteten biotechnologischen Prozess in einer Biogasanlage zu Methan umgewandelt und im Weiteren zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung genutzt werden können.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie verschiedenen enzymatischen und biochemischen Prozesse sollten von den Projektpartnern zunächst im Labor- und dann im Technikumsmaßstab untersucht und für die industrielle Praxis optimiert werden. Begleitend sollte eine ökonomische und ökologische Bilanzierung des Gesamtprozess durchgeführt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde eine neue Strategie zur biologischen Umwandlung von zuckerhaltigen Abwässern aus der enzymatischen Entschlichtung von Rohbaumwolle mit Hilfe von methanbildenden Bakterien zu Biogas entwickelt. Die enzymatische Entschlichtung wurde dabei mit technisch verfügbaren -Amylasen durchgeführt, wobei die wasserunlösliche Stärke in wasserlösliche Oligosaccharide überführt wurde. Der gleichzeitige Einsatz von Pektinasen führte zu einer Verbesserung der Benetzbarkeit der Baumwolle und zu höheren Weißgraden nach der folgenden Bleichstufe.
Die Entschlichtungsflotten wurden im Einlauf einer industriellen Waschmaschine durch Abquetschen separiert. Im Folgenden wurden sie intensiv charakterisiert. Die Flotten beinhalten einen hohen CSB-Gehalt von durchschnittlich 40 g/l, der sich für eine direkte Verwertung in einer anaeroben Biogasanlage ohne weitere Aufkonzentrierung als geeignet erwies. Darüber hinaus zeigte sich, dass die weiteren Inhaltsstoffe keine schädigende Wirkung auf die Langzeitstabilität der verwendeten Mikroorganismen haben. Sowohl eine bei der HSNR implementierte Biogasanlage im Labormaßstab als auch eine bei ÖKOBiT verwirklichte Technikumsanlage produzierten über mehrere Monate unter stabilen Bedingungen Biogase mit einem hohen Methangehalt von ca. 60 %. Gleichzeitig wurde der CSB-Gehalt im Ablauf der Anlagen gegenüber dem einlaufenden Substrat um 75 - 80 % reduziert. Darüber hinaus wurde anhand der erarbeiteten Daten die Planung einer Pilotanlage für die TV a.d.W. in Angriff genommen und für die gegebenen Bedingungen in Zusammenarbeit mit der TU Berlin eine ökonomische und ökologische Bilanzierung der neuen Verfahrenstechnik im Vergleich zum Istzustand durchgeführt. Die ökonomische Bilanzierung ergab ein Einsparpotential von etwa 0,4 ct/m2 Rohbaumwolle, das sich aus der Verringerung der Abwasserentsorgungskosten und der generierbaren Wärmemenge zusammensetzt. Dem gegenüber stehen Investitionskosten von etwa 0,46 ct/m2 Rohbaumwolle, so dass sich aus der veranschlagten Jahresproduktion der TV a.d.W. eine Amortisationszeit der Investition von etwa 11 Jahren ergibt. Die Ergebnisse der ökologischen Bilanzierung sind hingegen weniger eindeutig und hängen stark von den jeweils betrachteten Szenarien ab. Demnach ergaben sich Szenarien mit positiver aber auch solche mit negativer Ökobilanz.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Gemäß den Richtlinien der DBU wurden in regelmäßigen Abständen Statusseminare im Beisein eines Vertreters der DBU abgehalten. Die Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben wurden durch Zwischenberichte sowie durch den vorliegenden Abschlussbericht dokumentiert. Des Weiteren wurden Teilergebnisse des Projektes im Rahmen einer internationalen Biotechnologie-Konferenz in Gent (Belgien) sowie auf einem Lebensmitteltechnischem Seminar an der Technischen Universität Dresden präsentiert:
Darüber hinaus wurde ein Beitrag in der Fachliteratur publiziert:
K. Opwis, T. Mayer-Gall, E. Schollmeyer, C. Dammer, T. Titscher, A. Nickisch-Hartfiel, O. Grün,
C. Spurk, C. Schloderer, A. Köppe, C. Dörfler, H. Bachus, Generation of methane from textile desizing liquors, Engineering in Life Sciences 10 (2010) 4, 293-296.
Weitere Vorträge und Publikationen sind vorgesehen.


Fazit

Die Projektpartner bewerten das Gesamtvorhaben als gelungen. Alle wesentlichen Projektziele wurden erreicht. Die aus ökonomischer und ökologischer Sicht gleichermaßen vielversprechenden Ergebnisse können die Grundlage für eine Kommerzialisierung des Verfahrens und der entsprechenden Anlagen initiieren. Allerdings bedarf es dafür einem weiteren Forschungsaufwand. Die Projektpartner streben daher im Nachgang des vorliegenden Forschungsvorhabens ein Folgeprojekt an, das der DBU in Kürze zur Begutachtung vorgelegt werden soll. In einem entsprechend zu formulierenden Förderungsantrag werden die weiteren Projektziele neu definiert. Die Basis dafür bilden dabei die bisher vorliegenden Ergebnisse sowie insbesondere die Verfügbarkeit der bereits bei ÖKOBiT etablierten Technikumsanlage, aus der weitere wichtige Ergebnisse und Parameter hinsichtlich einer Anlagenoptimierung generiert werden können. Letztlich soll die weitere Projektierung in der Verwirklichung einer Pilotanlage bei der TV a.d.W. münden, sofern dieses aus ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten lohnend erscheint. Der Bau einer derartigen Anlage würde bei erfolgreicher Bearbeitung des Folgeprojektes in einem dritten Forschungsvorhaben angestrebt.