Abfallprodukt mit Potenzial: Chicorée-Wurzelrüben als Rohstoffquelle
Jährlich fallen in Europa rund 800.000 Tonnen Chicorée-Wurzelrüben als Abfallprodukt bei der Produktion von Chicorée-Salat an. Bislang werden diese Rüben nach der Ernte des Salats auf Kompostierungsanlagen oder in Biogasanlagen entsorgt. Forschende der Universität Hohenheim sehen in diesen Wurzelrüben jedoch einen wertvollen Rohstoff zur Gewinnung von Hydroxymethylfurfural (HMF), einem wichtigen Basismaterial für die zukünftige Kunststoffindustrie.
Die kommerzielle Produktion von Chicorée-Salat erfolgt in sogenannten Wasser-Treibereien. Die zweijährige Chicorée-Pflanze verbringt die ersten fünf Monate auf dem Acker. Mitte Oktober werden die Blätter abgemulcht und die Wurzelrüben geerntet. Nach einer kühlen Lagerung werden sie in Treibräume gebracht, wo neue Blattknospen austreiben, die als Chicorée-Salat genutzt werden. Die Universität Hohenheim konzentriert sich dabei auf den nicht-essbaren Rübenanteil.
Die Wurzelrübe macht ca. 30 % der Pflanze aus. Die 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 Agrarbiologin Dr. Judit Pfenning.
HMF als Basis für Nylon, Polyester und PEF-Flaschen
Im Labor des Instituts für Agrartechnik wird die Gewinnung von HMF aus Chicorée-Wurzelrüben erforscht. Dazu werden gehäckselte Wurzelrüben mit Wasser in Edelstahl-Rohrreaktoren gefüllt. Nach Zugabe verdünnter Säure und Erhitzung auf bis zu 200 Grad wird das wässrige Produkt in weiteren Schritten aufbereitet. Das Ergebnis ist ein gelb bis braun gefärbtes kristallines Pulver: ungereinigtes HMF.
HMF ist eine von zwölf Basischemikalien, die zukünftig in der Kunststoffindustrie eingesetzt werden sollen. Es dient als Ausgangsstoff für Produkte wie Nylon, Perlon, Polyester oder PEF-Flaschen, die eine Alternative zu PET-Flaschen darstellen. Der Wert von HMF im Chemikalien-Großhandel liegt aktuell bei 2000 Euro pro Kilogramm.
Bioökonomie: Nachhaltige HMF-Gewinnung
Bisher werden solche Chemikalien hauptsächlich aus Erdöl gewonnen. Die Forschung zur nachhaltigen Produktion ist ein zentrales Anliegen der Bioökonomie, die auf nachwachsende Rohstoffe setzt. In einem früheren Projekt konnte bereits HMF aus Fructose gewonnen werden. Die Gewinnung aus Chicorée-Wurzelrüben wird jedoch als eleganter angesehen.
Fructose ist essbar. Es gibt bessere Verwendungszwecke als HMF daraus zu gewinnen.
so Prof. Dr. Andrea Kruse. Die Chicorée-Wurzelrübe hingegen sei bisher nur ein Abfallprodukt.
Herausforderungen bei Lagerung und Qualität
Eine wesentliche Herausforderung des Projekts ist die Sicherstellung einer gleichbleibenden Qualität der Wurzelrüben für die Industrie. Hierfür kooperiert die technische Chemikerin Prof. Dr. Kruse mit der Pflanzenwissenschaftlerin Dr. Judit Pfenning. Die Voraussetzungen für eine hohe Qualität sind grundsätzlich gut, da auch Verbraucher hohe Ansprüche an Chicorée-Salatknospen stellen und somit nur hochwertige Wurzelrüben in die kommerzielle Treiberei gelangen.
Ein weiterer Forschungsaspekt ist die Lagerung der Wurzelrüben, um Qualitätsverluste zu vermeiden. Da die Chicorée-Produktion saisonal ist, die chemische Industrie jedoch eine kontinuierliche Lieferung benötigt, ist dies von Bedeutung. Die Wissenschaftlerinnen betonen, dass dieses Projekt nur durch interdisziplinäre Zusammenarbeit umsetzbar ist, die Qualitätskontrollen, Anbau- und Lagerungsversuche im Pflanzenbau sowie Laborexperimente in der Konversionstechnologie umfasst.
Höherwertiges HMF aus Chicorée-Wurzelrüben
Ein Vorteil der Chicorée-Wurzelrübe ist, dass sie nicht nur ein Abfallprodukt ist, sondern auch eine höherwertige Chemikalie als das aus Erdöl gewonnene Äquivalent produziert. Dadurch könnten beispielsweise PEF-Flaschen aus Chicorée-HMF dünner gefertigt werden als solche aus Erdöl-PET, was Transportkosten spart und die Umweltbilanz verbessert.
Ein Teil der anfallenden Chicorée-Wurzelrüben wird derzeit zur Biogasproduktion genutzt. Diese Verwertung ist jedoch ökonomisch unterlegen. Aus etwa 220.000 Wurzelrüben pro Hektar können theoretisch 8,14 Tonnen Inulin gewonnen werden, die zu 2,87 Tonnen HMF umgewandelt werden können. Der Verkauf dieser Menge könnte etwa 5,74 Millionen Euro erzielen, während die Stromerzeugung aus Biogas derselben Menge Wurzelrüben nach EEG nur rund 21.000 Euro generieren würde.