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08.02.2016

Strümpfe und Flaschen aus Chicorée-Abfällen

Basis-Chemikalien haben höhere Qualität als Erdöl

Rund 800 000 t an Wurzelrüben fallen jährlich europaweit bei der Produktion von Chicorée-Salat als Abfallprodukt an. Sie werden bisher nach der Ernte des Salats auf der Kompostierungsanlage oder in der Biogasanlage entsorgt. Viel zu schade, denn aus diesen Wurzelrüben lässt sich Hydroxymethylfurfural (HMF) gewinnen.

Kunststoffe aus Bio-Abfall: Die Chicorée-Wurzelrübe ist Ausgangsstoff für die Produktion einer hochwertigen Basischemikalie © Universität Hohenheim

Kunststoffe aus Bio-Abfall: Die Chicorée-Wurzelrübe ist Ausgangsstoff für die Produktion einer hochwertigen Basischemikalie © Universität Hohenheim

Polyamide, Polyester oder Kunststoffflaschen

HMF ist eine von 12 Basischemikalien, die zukünftig in der Kunststoffindustrie Verwendung finden sollen. Es dient als Ausgangsstoff für Nylon, Perlon, Polyester oder Kunststoffflaschen – sogenannten PEF-Flaschen (Polyethylenfuranoat; im Gegensatz zu den PET-Flaschen). Der HMF-Preis im Chemikalien-Großhandel liegt nach Angaben der Universität Hohenheim derzeit bei 2000 Euro das Kilo.

Wie wertvoll diese Wurzelrübe tatsächlich ist, zeigt Prof. Dr. Andrea Kruse in einem Labor des Instituts für Agrartechnik, wo Bleistift-große Rohrreaktoren aus Edelstahl mit Häckseln der Chicorée-Wurzelrübe und Wasser befüllt sind. In ultrastabilen Druckbehältern wird verdünnte Säure zugesetzt und dann bis zu 200 °C erhitzt. Die weitere Aufbereitung des wässrigen Produkts unterliegt noch der Geheimhaltung. Am Ende entsteht ungereinigtes Hydroxymethylfurfural als gelb bis braun gefärbtes kristallines Pulver.

In einem früheren Forschungsprojekt gelang es Kruse bereits, die Basischemikalie HMF aus Fruchtzucker (Fructose) zu gewinnen. Er wird aber als Nahrungsmittel benötigt, während die Chicorée-Wurzelrübe bislang nur ein Abfallprodukt ist.

HMF aus Chicorée-Wurzelrüben: hochwertiger als die Erdöl-Chemikalie

„Die Chicorée-Wurzelrübe eignet sich nicht nur deshalb so gut zur Gewinnung von HMF, weil sie ein Abfallprodukt ist“, betont Kruse. „Sie produziert auch eine höherwertige Chemikalie als das Äquivalent aus Erdöl.“ Dadurch könnten PEF-Flaschen aus Chicorée-HMF nach Angaben der Wissenschaftlerin beispielsweise dünner gezogen werden, als solche aus Erdöl-PET. Das spart Transportkosten und verbessert die Umweltbilanz noch weiter

HMF-Herstellung: Am Ende des mehrstufigen Verfahrens steht ungereinigtes Hydroxymethylfurfural als gelb bis braun gefärbtes kristallines Pulver © Universität Hohenheim

HMF-Herstellung: Am Ende des mehrstufigen Verfahrens steht ungereinigtes Hydroxymethylfurfural als gelb bis braun gefärbtes kristallines Pulver © Universität Hohenheim

Ein Teil der Chicorée-Wurzelrüben wird heute verwendet, um daraus Biogas zu erzeugen. Doch diese Verwendung sei ökonomisch gesehen unterlegen: Aus einem Hektar Wurzelrüben können theoretisch 2,87 t HMF gewonnen werden, rechnet Prof. Kruse vor. Damit lassen sich im Verkauf etwa 5,7 Millionen Euro erzielen. „Strom aus Biogas dieser Menge Wurzelrüben würde nach EEG jedoch nur rund 21 000 Euro erbringen.“

Herausforderung gleichbleibende Qualität

„Nur wenn wir es schaffen, eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten, ist die Wurzel für die Industrie interessant“, ist sich Kruse bewusst. Deshalb kooperiert die technische Chemikerin mit der Dr. Judit Pfenning vom Fachgebiet Allgemeiner Pflanzenbau, die gute Voraussetzungen für eine gleichbleibende Qualität sieht. „Auch der Verbraucher, der Chicorée essen will, stellt hohe und einheitliche Qualitätsansprüche an die Chicorée-Salatknospen“, erklärt die Agrarbiologin. „Deshalb gelangen nur vergleichsweise einheitliche, höherwertige Wurzelrüben vom Acker in die kommerzielle Wasser-Treiberei.“

In der kommerziellen Salatproduktion verbringt die zweijährige Chicorée-Pflanze nur die ersten fünf Monate auf dem Acker. Mitte Oktober werden die Wurzelrüben geerntet, kühl gelagert und dann in Räume gebracht, wo neue Blattknospen austreiben. Sie landen schließlich als Chicorée-Salat auf dem Teller.

Blattknospen: Die zweijährige Chicorée-Pflanze verbringt nur die ersten fünf Monate auf dem Acker. Mitte Oktober werden die Blätter abgemulcht, die Wurzelrüben geerntet, kühl gelagert und dann in die Treibräume  gebracht. Erst dort treiben neue Blattknospen aus, die als Chicorée-Salat genutzt werden © Universität Hohenheim

Blattknospen: Die zweijährige Chicorée-Pflanze verbringt nur die ersten fünf Monate auf dem Acker. Mitte Oktober werden die Blätter abgemulcht, die Wurzelrüben geerntet, kühl gelagert und dann in die Treibräume gebracht. Erst dort treiben neue Blattknospen aus, die als Chicorée-Salat genutzt werden © Universität Hohenheim

Forschungsaspekt Lagerung

Doch spannender für die Chemie-Industrie ist der nicht-essbare Chicorée-Anteil, der etwa 30 % der Pflanze ausmacht. Die in der Wurzelrübe eingelagerten Reservekohlenhydrate werden für die Bildung der Salatknospen nicht vollständig aufgebraucht, so dass wertvolle Reservestoffe verbleiben. „Die Wurzelrüben können jedoch nur einmal für die Chicorée-Treiberei genutzt werden, fallen nach der Knospenernte als Abfallstoff an und müssen entsorgt werden“, erklärt Pfenning.

Gegenstand der Forschung ist ebenfalls, wie sich die Wurzelrüben lagern lassen, ohne dass sie an Qualität verlieren. Denn die Chicorée-Produktion ist ein Saisongeschäft. Die Zulieferer der chemischen Industrie wünschen sich aber eine gleichbleibende Lieferung, um ihre Anlagen kontinuierlich auszulasten. (kk)

zusätzliche Links

Mehr zu Polyethylenfuranoat (PEF) als Alternativmaterial finden Sie im Trendbericht Polyethylenterephthalat (PET) in Kunststoffe 10/2014, S. 74ff

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