Multifunktionale Biomaterialien

Foto: Foltan/ATB

Neue biobasierte Produkte für die Bioökonomie

Im Fokus des Programmbereichs steht die Entwicklung standortspezifischer Technik und Verfahren für eine nachhaltige Produktion von Biomasse in der Landwirtschaft und deren ressourceneffiziente Nutzung durch eine Weiterverarbeitung zu Biomaterialen im Kontext bioökonomischer Wertschöpfung. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Etablierung geschlossener Stoffkreisläufe insbesondere im Hinblick auf Kohlenstoff, um die Funktion von Biomaterialien als Kohlenstoffsenken zu fördern.
Unsere Forschungsaktivitäten vertiefen das grundlegende Verständnis der physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse bei der Bereitstellung, Vorbehandlung, Verarbeitung und Konversion von Biomasse. Wir untersuchen die jeweilige Prozessschritte exemplarisch in den Bereichen Kurzumtriebsplantagen, Agroforstsysteme (Link auf YouTube), Paludikultur, Faserpflanzen und biobasierte Produkte.
Gemeinsames Ziel unserer Forschungsarbeiten in diesen Bereichen ist die Entwicklung integrierter Konzepte zu einer kaskadischen Nutzung von Biomasse und Reststoffen aus der Landwirtschaft, um neue Wege der Biomassenutzung im Sinne von Bioraffineriesystemen zu beschreiten.

Lignozellulose aus Kurzumtriebsplantagen, Agroforstsystemen und Paludikultur

Holzige Biomasse aus der Landwirtschaft ist ein wichtiger Rohstoff für bioökonomische Wertschöpfungsketten und bietet erhebliches Potenzial zum Schutz von Klima und zur Energiesicherheit. Unsere Forschung konzentriert sich auf neuartige Verfahren zur Produktion und nachhaltigen Nutzung von Lignozellulose für Bioenergie und insbesondere Biomaterialien, die beispielsweise in Form von Fasern in der Bau-, Zellstoff- und Papierindustrie oder als Ausgangsmaterial für die Produktion biobasierter Chemikalien Einsatz finden.
Unsere Forschung zielt auf eine nachhaltige Produktion lignozellulosehaltiger Biomasse auf landwirtschaftlichen Flächen mit schnellwachsenden Gehölzen im Kurzumtrieb oder in Agroforstsystemen (Link auf Youtube Video) sowie mit geeigneten Pflanzenarten auf wiedervernässten Moorstandorten (Paludikultur).
Wir untersuchen die standortspezifischen Potenziale der Biomasseproduktion und der Kohlenstoffspeicherung  und arbeiten an technischen Lösungen für Ernte, Lagerung und Verarbeitung der holzigen Biomasse, insbesondere auch im Hinblick auf den Energiebedarf.
Als ersten Schritt für die Entwicklung Digitaler Zwillinge entwickeln wir Modelle für das Pflanzenwachstum und die Kohlenstoffspeicherung bei der Biomasseproduktion sowie für Trocknungs- und Abbauprozesse von zerkleinerter Biomasse.

Pflanzenfasern

Hochwertige Pflanzenfasern sind nicht nur für die Fertigung von Textilien interessant, sie finden auch z.B. als Bau- oder Dämmstoff in der Industrie Einsatz und ersetzen damit fossile Rohstoffe. Neben bekannten und unbekannten Faserpflanzen wie Hanf, Nessel oder Lein interessieren uns insbesondere lignozellulose-haltige Biomassen aus der Koppel- und Reststoffnutzung von Nahrungs-, Futtermittel- und Energiepflanzen.
Im Fokus der Forschung steht die Entwicklung von Verfahrenstechnik für Faserpflanzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette: von der Bereitstellung biobasierter Agrarfaserrohstoffe bis hin zur technischen Anwendung (Link auf Youtube Video 'Vom Hanf zum Baustoff'). Für die Entwicklung ressourceneffizienter Technologien zur Faserproduktion sind das große Spektrum und die hohe Variabilität der verschiedenen pflanzlichen Materialeigenschaften eine besondere Herausforderung. Wir erfassen, analysieren und modellieren umweltbedingte oder technisch bedingte Veränderungen dieser Eigenschaftenund entwickeln neue Methoden zur Bestimmung spezifischer morphologischer, gravimetrischer oder mechanischer Eigenschaften. Dies ermöglicht die Ableitung effektiver Betriebsprinzipien für technische Anlagen bis hin zu neuen Prozesslinien - für Faserpflanzen und auch alternative Lignocellulose-Biomasse aus der Landwirtschaft.

Biobasierte Chemikalien

Ein weiterer vielversprechender Weg zur Wertschöpfung aus organischen Nebenprodukten und Reststoffen ist die Biokonversion mittels mikrobieller Fermentation. Mit Hilfe biotechnologischer Verfahren lassen sich aus den Zuckern der Polymere Cellulose und Hemicellulose neue biobasierte Stoffe gewinnen. In unserer Forschung konzentrieren wir uns auf die Produktion organischer Säuren, wie Milchsäure- und Bernsteinsäure, da diese beiden Monomere die Hauptkomponenten für die anschließende Verarbeitung zu Biokunststoffen sind.
Das Verständnis des gesamten Prozesses, beginnend mit dem Screening geeigneter Bakterienstämme, der Vorbehandlung der Biomasse, der Fermentation und dem nachgeschalteten Aufreinigungs- und Konzentrationsprozess, erfordert eine gründliche Kenntnis der einzelnen Prozessschritte und deren Integration. Unter Berücksichtigung der Variabilität des Ausgangsmaterials und der Vitalität der Mikrobenstämme erarbeiten wir wissenschaftliche Ansätze für eine effiziente Prozessgestaltung. Unser Ziel ist es, Biochemikalien als maßgeschneidertes Ausgangsmaterial für die Weiterverarbeitung zu multifunktionalen Biomaterialien zu produzieren.

Sprecher des Programmbereichs

Dr.-Ing. Pecenka, Ralf

Arbeitsgruppenleiter Verfahrenstechnik für Energiepflanzen


Abteilung: Systemverfahrenstechnik

E-Mail: RPecenka@spam.atb-potsdam.de

zum Profil

Sprecherin des Programmbereichs

Zu allen Mitarbeiter*innen des Programmbereichs

Aktuelles

News

Am 7. März 2024 informierte sich Staatssekretär Tobias Dünow am ATB über aktuelle Forschungsthemen und Zukunftsvisionen, insbesondere zum…

News

In den vergangenen Monaten konnten fünf unserer jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihre Promotion erfolgreich beenden. Wir gratulieren…

News
Der frisch aufgestellte Bienenstock hinter dem CIRCLE

​​​​​​​Die wohl bekanntesten Bestäuber haben im ATB ein Zuhause gefunden. Pünktlich vor ihrem „Erwachen" siedelte die engagierte ATB-Forscherin Saskia…

News
Prof. Barbara Sturm unterzeichnet das Memorandum of Understanding.

Eine saubere Umwelt ist ein Menschenrecht. Gemeinsam wollen das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) und das Deutsche…

News
Einblick in die Makroalgenkultivierung am ATB

Ein Planungstreffen mit anschließendem Baukoordinierungsgespräch fand am 12. Februar 2024 im Rahmen der ZifoG-Baumaßnahme „Leibniz-Innovationshof für…

News

Der Landwirtschaftsausschuss des Niedersächsischen Landtags besuchten am 24. Januar 2024 das ATB. In den gemeinsamen Gesprächen und einem Rundgang…

News

Die Wissenschaft lebt von Offenheit und Internationalität. Wir stehen für ein weltoffenes, respektvolles und solidarisches Miteinander und stellen uns…

News

Mikrobiom-Management ist eine Schlüsseltechnologie, um bioökonomische Prozesse zu optimieren, deren Produktivität zu steigern und den…

News

Am 17. und 18. Oktober 2023 fand die RoKoCon im Robert-Koch-Institut in Berlin statt und bot eine Plattform für den Wissensaustausch über…

News

Am 27. und 28. September traf sich das BeonNAT-Konsortium in Cottbus zur 6. Generalversammlung des Projekts. Am 28. September besuchten sie uns am…

News
Xabier Díaz de Otálora Aguirre Umzug

In den letzten Monaten haben drei unserer Promovierenden ihre Doktorarbeit erfolgreich verteidigt. Im April beendete Wiebke Janke ihre Promotion, Ali…

News
Book a scientist - Dr. Katrin Drastig (ATB)

Das Event „Book a Scientist“ - ein Angebot der Leibniz-Gemeinschaft - bietet Interessierten die Möglichkeit sich mit Expertinnen und Experten zu einem…

Veranstaltungen

26
Mar

Das Young Professional Network (von EurAgEng) lädt herzlich zum "Career Fusion Meetup" am 26. März 2024 von 09:30 bis 16:30 Uhr ein. Die Veranstaltung…

mehr
10
Apr

The Leibniz Research Network "Mathematical Modeling and Simulation" invites to the seventh Leibniz MMS Days from April 10-12, 2024. It will be hosted…

mehr
23
Apr

Das Netzwerk Forschungsdaten Berlin-Brandenburg (NFDBBB) ist ein regionales Netzwerk zum Austausch über Projekte, Aktivitäten und Best Practices im…

mehr
Alle Veranstaltungen

Forschungsprojekte

Alle Projekte aus dem Programmbereich

Publikationen aus dem Programmbereich

Alle Publikationen aus dem Programmbereich