Gewinnung von Wasserstoff aus Weinreben für die Biokraftstoffproduktion

Ein Forschungsteam der Universitäten Jaén und São Paulo in Brasilien hat bestätigt, dass Wasserstoff aus Weinreben durch einen Prozess gewonnen werden kann, der keine fossilen Brennstoffe erfordert und keine Schadstoffe ausstößt. Mit ihrer Arbeit gelingt es ihnen, diesen Abfällen aus der Weinindustrie einen neuen Wert zu verleihen und gleichzeitig umweltfreundliche Energie zu erzeugen.

Fast 93 % der bei der Weinlese anfallenden Rückstände bestehen aus Abfällen, also Rebsprossen, die bisher zur Herstellung von Biokompost oder als Brennholz verwendet wurden. Allerdings suchen Forscher seit einigen Jahren nach Alternativen zur Verwertung von Abfällen, die aufgrund des hohen Ligningehalts, aus dem Verbindungen mit antioxidativen Eigenschaften gewonnen werden können, für andere Branchen wie Pharma oder Kosmetik sehr attraktiv sein könnten.

Darüber hinaus entstehen bei der Biomassevergärung weitere Produkte, beispielsweise Wasserstoff, der als Brennstoff verwendet wird, wie von diesen Experten im Artikel „Vine Shoots Pre-Treatment Strategies for Improved Hydrogen Production and Metabolite Redistribution in Clostridium butyricum“ beschrieben. veröffentlicht im Tagebuch Industriepflanzen und Produktewo sie bestätigen, dass die biologische Vorbehandlung der Triebe mit einem Enzym die beste Option ist, um mit der Produktion im industriellen Maßstab zu beginnen.

Im Gegensatz zu anderen Behandlungen, bei denen chemische oder physikalische Reagenzien zum Einsatz kommen, ist dieses Verfahren umweltfreundlicher, da es kein Recycling von Abfallprodukten erfordert und keine giftigen Verbindungen freisetzt. „Außerdem steigert es die Wasserstoffproduktion um fast 250 % im Vergleich zu anderen Vorbehandlungsmethoden“, erklärte Juan Miguel Romero-García, einer der Autoren des Artikels.

Auf diese Weise eröffnen die Experten neue Forschungsrichtungen zur Erzeugung sauberer Energie aus der Biomasse von Weinreben auf eine saubere und nachhaltige Weise, ein System, das weder chemische Reagenzien erfordert, die anschließend als Abfall entsorgt werden müssen, noch einen hohen Energieverbrauch erfordert dabei.

Chemie und Physik versus Biologie

Der Prozess des Abbaus von Weinrebentrieben kann unterschiedlicher Art sein. Bei der physikalischen Methode handelt es sich einerseits um die Dampfexplosion von Biomasse, die einen hohen Energieaufwand erfordert. Das chemische System hingegen fügt Verbindungen wie Ethanol hinzu, die umweltschädliche Rückstände erzeugen können.

Schließlich werden bei der biologischen Methode Enzyme wie Laccase eingeführt, die die Verbindungen trennen. Diese Verfahren bewirken die Zersetzung des Lignins und die Veränderung der Zellulose in der Pflanzenfaser, was zur Freisetzung von Zucker führt.

Anschließend wird ein Mikroorganismus namens Clostridium butyricum eingeführt, der die erhaltene Masse fermentiert und neben Wasserstoff auch organische Säuren produziert, insbesondere Buttersäure und Essigsäure, die beide in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie stark nachgefragt werden.

Die Experten verglichen die mit jeder dieser Methoden erhaltenen Mengen an Wasserstoff, Lignin und diesen Säuren und kamen zu dem Schluss, dass das System, das auf dem biologischen Prozess basiert, dasjenige ist, das den umweltfreundlichsten Kraftstoff produziert.

Gleichzeitig haben sie diese Ergebnisse auch verglichen, indem sie eine enzymatische Hydrolyse angewendet haben, um die Molekülstruktur aufzubrechen und vor der Fermentation Zucker herzustellen. In diesem Fall war die Methode mit dem höchsten Ertrag diejenige, bei der der Weinstock einer chemischen Behandlung unterzogen wurde.

Die Forscher schlagen nun vor, ihre Studien fortzusetzen, um eine technisch-ökonomische und ökologische Bewertung des Prozesses durchzuführen. Der nächste Schritt, den sie unternehmen wollen, ist die Analyse der Umweltauswirkungen der großtechnischen Montage dieser Anlagen und der wirtschaftlichen Machbarkeit der Entwicklung einer Bioraffinerie auf Basis von Weinreben.