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Reste nutzen und zurück in den Kreislauf bringen
Der Programmbereich bündelt Forschungsaktivitäten zu Biogas sowie zu karbonisierter Biomasse wie Biokohle und Huminstoffe. Restbiomasse, die sonst möglicherweise nicht mehr genutzt würde, kann so zur Erzeugung von Energieträgern sowie zur Bodenverbesserung verwendet werden. Unser Ziel ist es, die Prozesse sowohl der biologischen als auch der thermo-chemischen Umwandlung von Biomasse weiterzuentwickeln und zu spezifizieren. Beide Bereiche sind integraler Bestandteil der Kreislauf-Bioökonomie.
Die Reststoffe können aus Tierhaltungssystemen (Programmbereich "Individualisierte Tierhaltung") und Produktionssystemen für Lebensmittel (PB "Diversifizierter Pflanzenbau" und "Gesunde Lebensmittel") sowie aus Produktionslinien für Biomaterialien stammen (PB "Multifunktionale Biomaterialien") und auch Abfälle und Abwässer aus Kommunen einschließen. Eine Forschungsaufgabe besteht darin, mit Reststoffen suboptimaler, heterogener und schwankender Zusammensetzung umzugehen und Risiken wie die Verbreitung von Krankheitserregern und Schadstoffen mit Hilfe der Verfahren zu minimieren.
Biologische und thermo-chemische Umwandlungsprozesse für Biogas, Hydrochar, Huminstoffe sowie Milchsäure oder Bernsteinsäure (Programmbereich 'Multifunktionale Biomaterialien') finden in mehr oder weniger geschlossenen Systemen statt. Um mehr Informationen über diese Umwandlungsprozesse zu erhalten, erstellen wir Modelle der Prozesse auf Grundlage von Spektralanalysen als Voraussetzung für die künftigen Arbeiten an digitalen Zwillingen.
Neben grundlagenorientierter Forschung in gut ausgestatteten Speziallaboren (Biogaslabor, Biokohletechnikum) transferieren wir unsere Forschungsansätze in die praktische Anwendung. Die Komplexität der Wechselwirkungen zwischen kohlebasierten Produkten, Böden, Pflanzen und Mikroorganismen erfordert eine enge, inter- und multidisziplinäre Zusammenarbeit. Der Leibniz-Innovationshof bietet hierfür als Reallabor eine ideale Plattform.
Biogas
Eine Herausforderung besteht darin, mit inhomogenen Rohstoffen und schwer vergärbaren Einsatzstoffen aus unterschiedlichen Quellen effizient zu arbeiten. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Gülle, lignozellulosehaltiger Biomasse aus der Landschaftspflege, Paludikultur und Halmgut. Unser Ziel ist es, den Biogasprozess so weiterzuentwickeln, dass trotz zeitlich, qualitativ und quantitativ wechselnder Einsatzstoffe der Vergärungsprozess mit geringer Störanfälligkeit stabil läuft. Biogasanlagen sollen künftig wissensbasiert, informationsgesteuert und weitgehend automatisiert arbeiten.
Um dieses Ziel zu erreichen, modellieren wir den Biogasprozess als Digitalen Zwilling. Ein besseres Verständnis des hochsensiblen Vergärungsprozesses, insbesondere der Entwicklung der Mikroorganismen, liefert hierfür die Grundlagen. Mikroorganismen bilden im Fermenter Mikrobiome, komplexe mikrobielle Gemeinschaften, die sich je nach Ausgangsmaterial, pH-Wert, Temperatur und dem zeitlichen Verlauf des Gärprozesses unterscheiden. Wir identifizieren die am Prozess beteiligten Mikroorganismen auf Ebene der Arten (taxonomische Diversität) und bestimmen ihr metabolisches Potenzial (funktionelle Diversität).
Das breite Spektrum dieser Aufgaben erfordert multidisziplinäre Forschung u.a. aus den Bereichen Mikrobiologie und Molekularökologie, Datenwissenschaft, Agrar- und Umweltwissenschaften.
Biokohle und Huminstoffe
Unsere Forschung zur thermo-chemischen Wandlung von Biomasse befasst sich mit der Pyrolyse (für trockenes Ausgangsmaterial) und der hydrothermalen Karbonisierung (feuchtes Material). Durch thermo-chemische Behandlung lassen sich sowohl verholzte als auch unverholzte Biomassen zu Biokohlen karbonisieren und dadurch vor einem raschen mikrobiellen Abbau schützen. Der darin gespeicherte Kohlenstoff wird sequestriert. Findet der Prozess der hydrothermalen Karbonisierung bei niedrigem pH-Wert statt, ist das Endprodukt eine feste Biokohle. Bei höheren pH-Werten bilden sich Huminstoffe. Beide Verfahren, Pyrolyse und hydrothermale Behandlung, haben das Potenzial, Roh- und Reststoffe zu verarbeiten und sie können in landwirtschaftliche Produktionssysteme integriert werden.
Mit unseren Forschungsarbeiten im Biokohletechnikum untersuchen wir, wie Kohlen aus der Pyrolyse und der Hydrothermalen Karbonisierung (HTC) beispielsweise zur Kohlenstoffsequestrierung und Bodenmelioration genutzt werden können. Um die Verfahren für spezifische Anwendungen im Bereich der Landwirtschaft und des Umweltschutzes effizient gestalten zu können, ist es wichtig, die Kinetik der thermo-chemischen Umwandlung zu verstehen. Vor diesem Hintergrund untersuchen wir den Einfluss von Betriebs- und Materialparametern auf Prozess und Produkt. Ein weiterer Forschungsfokus liegt auf den Wirkungen von Pyrochar, Hydrochar und Huminstoffen auf Pflanzenwachstum und mikrobielles Leben im Boden, Darüberhinaus untersuchen wir den Einfluss des Kohle-/Huminstoffeinsatzes auf die Wasserspeicherkapazität des Bodens, Kohlenstoffbindung und Emissionen.
Zu allen Mitarbeiter*innen des Programmbereichs
Aktuelles
ATB-Forscher Nader Marzban gewinnt Hauptpreis der Nature Challenge auf der Lindauer Nobelpreisträgertagung für seine Technologie zur Herstellung von künstlichem Torf
75. Lindauer Nobelpreisträgertagung: ATB-Forscher Nader Marzban erreicht mit „künstlichem Torf“ das Finale der renommierten Science Challenge
Ausgezeichnet: ATB-Forschung für innovative Emissionsminderung mit Biogas-Innovationspreis in Silber geehrt
Stärkung deutsch-japanischer Forschungskooperation: Japanische Botschafterin zu Gast am ATB
Roadmaps zur Hightech-Agenda Deutschland: Leibniz-Innovationshof als Schlüssel-Infrastruktur verankert
Von Potsdam nach Indien: ATB schließt strategische Partnerschaft für die globale Bioökonomie
Starke Partner für die Zukunft: ATB und INIA Uruguay unterzeichnen Memorandum of Understanding
PhD-Day am ATB: Austausch, Kennenlernen und Networking
Neuartige Technologie für die grüne Landwirtschaft der nächsten Generation
Einfacher Zusatz, große Wirkung: Kalkstickstoff senkt Methanemissionen aus Gülle deutlich
Innovationen für intelligente Wasserstrategien - GFFA-Fachpodium 2026
Erfolgreich promoviert: Das ATB gratuliert seinen neuen Absolvent*innen
Forschungsprojekte
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Um den Anstieg der globalen Erwärmung auf unter 2 °C zu begrenzen, wird deutlich, dass eine bloße Reduzierung der Treibhausgasemissionen nicht ausreichen wird und dass eine CO2-Entnahme aus der Atmosphäre unerlässlich is…
Beginn:
Ende:
01.07.2026
30.06.2029
Förderung:
Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
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Alte Bäume in historischen Parks stellen einen zentralen Bestandteil des kulturellen Erbes in Deutschland dar. Der zum Teil wertvolle Baumbestand in Parkanlagen ist durch die geringen Niederschläge und hohen Temperaturen…
Beginn:
Ende:
17.06.2026
16.06.2029
Förderung:
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)
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LiGNUM schlägt eine Brücke zwischen wissenschaftlicher Innovation und Industrie, indem es einen nachhaltigen Bioprozess entwickelt, um ligninbasierte Nebenströme in wertvolle Plattformchemikalien mit sechs und fünf Kohle…
Beginn:
Ende:
01.02.2026
31.01.2029
Förderung:
Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
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Malaysia ist der weltweit zweitgrößte Produzent von rohem Palmöl (PO) mit einer Produktion von 17,32 Millionen Tonnen im Jahr 2017, das als Hauptrohstoff für die Biokraftstoffproduktion dient. Die PO-Industrie ist jedoch…
Beginn:
Ende:
01.10.2025
30.09.2027
Förderung:
Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
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Im Rahmen des Projekts werden systemische Innovationspfade zur stofflichen und energetischen Verwertung landwirtschaftlicher Rest- und Nebenprodukte untersucht. Der Fokus liegt auf der praktischen Umsetzung in einer Grün…
Beginn:
Ende:
01.05.2025
30.04.2028
Förderung:
Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
Alle Projekte aus dem Programmbereich
Publikationen aus dem Programm
- Sarlaki, E.; Ghafarian Nia, S.; Hu, S.; Marzban, N.; Ischia, G.; Jia, M.; Rezaei, M.; Ahmadi, M.; Mohammad Javaheri, P.; Malekian, A.; Tabatabaei, M.; Aghbashlo, M. (2026): Progress and challenges in thermochemical technologies for biomass humification: A comprehensive review. Renewable & Sustainable Energy Reviews. (May 2026): p. 116775. Online: https://doi.org/10.1016/j.rser.2026.116775 1.0
- Marzban, N.; Sarlaki, E. (2026): Can hydrothermal biomass processing serve as an analogue of millennia-scale natural carbon maturation? A unified perspective on carbonisation, humification, and fulvification. Planetary Sustainability. (1): p. 22-47. Online: https://journal.umt.edu.my/index.php/planetsust/article/view/880 1.0
- Shafizadeh, A.; Khounani, Z.; Shahbeik, H.; Mohammad Javaheri, P.; Sajadi, S.; Golvirdizadeh, M.; Tajuddin, S.; Marzban, N.; Abdul Razak, N.; Tabatabaei, M.; Aghbashlo, M. (2026): Leveraging machine learning for sustainable biochar and hydrochar production: Advances, challenges, and perspectives in thermochemical processes. Renewable & Sustainable Energy Reviews. (May 2026): p. 116819. Online: https://doi.org/10.1016/j.rser.2026.116819 1.0
- Ghobadian, S.; Ischia, G.; Romero Romero, O.; Rossi, G.; Hoffmann, T.; Kraume, M.; Marzban, N. (2026): Hydrothermal Humification and Fulvification of Grass for Artificial Humic Substance Production and By-product Applications. Environmental Technology & Innovation. (March 2026): p. 104836. Online: https://doi.org/10.1016/j.eti.2026.104836 1.0
- Akogun, O.; Hoffmann, T.; Marzban, N. (2026): Valorization of cassava peels via hydrothermal carbonization and pyrolysis: A comparison of fuel quality, organic-inorganic dynamics, and thermal behaviour. Waste Management. : p. 115607. Online: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2026.115607 1.0
- Ghobadian, S.; Schneider, R.; Ischia, G.; Fischer, M.; Romero Romero, O.; Venus, J.; Hoffmann, T.; Sturm, B.; Rotter, V.; Kraume, M.; Marzban, N. (2026): Toward Waste-Minimising Biorefineries: Integrating Fermentation and Hydrothermal Fulvification of Grass. Waste Management. : p. 115625. Online: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2026.115625 1.0
- Mekonen, T.; Delele, M.; Gizaw, A.; Endeshaw, M.; Kebede, N.; McAuley, K. (2026): Key challenges in CFD modeling of biomass gasification in fluidized-bed reactors: A review. Biomass & Bioenergy. (Juni 2026): p. 108893. Online: https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2025.108893 1.0
- Hahn, J.; Müller, J.; Heiermann, M. (2025): Seed Survival in Silage: Reviewing 90 Years of Research. Plants. (3): p. 351. Online: https://doi.org/10.3390/plants14030351 1.0
- Ding, Z.; Grundmann, P. (2025): Understanding system interdependencies in sustainable paper production from residue grass biomass: Insights from fuzzy cognitive mapping. Scientific Reports. : p. 0. Online: https://doi.org/10.1038/s41598-024-84358-4 1.0
- Klebs, C.; Malchow, R.; Ettinger, J.; Dalichow, J.; Schneider, R.; Venus, J.; Pleissner, D. (2025): Utilization of acid whey and oat pomace in succinic acid fermentation:. New Biotechnology. (May 2025): p. 31-38. Online: https://doi.org/10.1016/j.nbt.2025.01.007 1.0
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