Aus Holz und Altholz soll klimaneutraler Wasserstoff entstehen. Entwickelt wurde das Verfahren im Verbundprojekt „H2Wood – BlackForest“. Eine Pilotanlage dazu ist bei der Firma Grohe Technology in Loßburg-Betzweiler vorgestellt worden. Projektleiterin Ursula Schließmann präsentierte sie gemeinsam mit ihrem Team, auch Firmeninhaber Oliver Grohe war dabei.

Für den Schwarzwald ist das keine kleine Nebensache: Bei der Möbelherstellung, der Entsorgung von Paletten und beim Abbruch von Gebäuden fallen große Mengen Rest- und Altholz an. Ein Teil davon muss derzeit teuer entsorgt werden. Holzschutzmittelbehandeltes Altholz, in dem teils gesundheitsschädliche und inzwischen verbotene Stoffe stecken, darf aktuell nur in genehmigten Großkraftwerken verbrannt werden. Die Abluft wird dort aufwendig gereinigt.

Vom Holzrest zum Wasserstoff

Im Projekt wird deshalb untersucht, wie aus Restholz, Altholz und Produktionsabfällen nicht nur Biowasserstoff, sondern auch biobasierte Produkte entstehen können. Das Ziel: eine regionale, holzbasierte Kreislaufwirtschaft und nachhaltige Wertschöpfung, statt lange Wege und bloße Entsorgung.

Der Prozess beginnt mit der Vorbehandlung. Holzabfälle wie Paletten oder alte Gartenzäune werden unter Druck bei bis zu 200 °C in einem Ethanol-Wasser-Gemisch aufgeschlossen. Lignin sowie Klebstoffe, Lösemittel und Lacke lösen sich im Ethanol und werden von den Holzfasern getrennt. Die übrig bleibende Cellulose- und teilweise Hemicellulosefraktion wird anschließend in die Zucker Glucose und Xylose zerlegt.

Diese Holzzucker dienen wasserstoffproduzierenden Mikroorganismen als Nahrung. Für die Wasserstoffproduktion verknüpft das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB zwei Fermentationsverfahren mit Bakterien und Mikroalgen. Das IGB bringt dabei Erfahrung aus dem Aufbau einer Lignocellulose-Bioraffinerie in Leuna ein.

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Anaerobe Bakterien verwerten die Zucker und erzeugen Wasserstoff sowie CO₂. Beide Gase entstehen dabei ungefähr zu gleichen Anteilen. Das CO₂ wird jedoch nicht einfach ungenutzt als Klimagas freigesetzt: Es gelangt in einen Photobioreaktor, in dem Mikroalgen es als Kohlenstoffquelle verwenden. Zucker brauchen sie dafür nicht. Unter Lichteinfluss bilden sie Carotinoide beziehungsweise Pigmente; in einem weiteren Reaktor können sie durch direkte Photolyse zusätzlichen Wasserstoff freisetzen.

Mehr als nur ein Gas

Neben Wasserstoff entstehen im Projekt Carotinoide und Stärke. Als Nebenprodukt bleibt unter anderem Lignin zurück, das etwa für Verbundwerkstoffe und Fahrzeugverschalungen eingesetzt werden kann. Die Algenbiomasse enthält das Farbpigment Lutein und bis zu 50 Prozent Stärke. Sie könnte mithilfe von Bakterien außerdem zu Kunststoffkomponenten weiterverarbeitet werden.

Die erwarteten Mengen machen das Verfahren greifbarer: Aus einem Kilogramm Altholz entstehen etwa 0,2 Kilogramm Glucose. Daraus lassen sich mit anaeroben Mikroorganismen rund 50 Liter Wasserstoff herstellen. Aus ungefähr zwei Kilogramm CO₂ können im Photobioreaktor ein Kilogramm Mikroalgenbiomasse entstehen.

Der erzeugte Biowasserstoff soll fossile Energieträger unter anderem in Mobilität und Industrie ersetzen. Vorgesehen sind zudem biobasierte Produkte für die Lebensmittel- und Futtermittelindustrie sowie für die Chemie. Die kombinierte energetische und stoffliche Nutzung von Altholz und Holz-Produktionsabfällen soll zur Minderung von CO₂-Emissionen beitragen.

Module für den Campus Schwarzwald

Die einzelnen Prozessstufen werden als semi-mobile Module aufgebaut und in eine automatisierte Anlage am Campus Schwarzwald integriert. Ihre Auslegung basiert auf Daten aus Laborversuchen. Die Module sollen zeigen, ob das Verfahren technisch funktioniert, und erste Betriebsdaten liefern. Eine modular erweiterbare Pilotanlage mit drei Bioreaktoren wird aufgebaut; die Prozessschritte sollen künftig flexibel miteinander kombiniert werden können, damit sich auch neue Technologien erproben lassen.

Das 2021 gestartete Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 12 Millionen Euro gefördert. Beteiligt sind das Fraunhofer IGB, das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, die Universität Stuttgart mit ihrem Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF sowie der Campus Schwarzwald. Die Bioraffinerie am Campus Schwarzwald soll Anfang 2025 den Betrieb aufnehmen.

Von der Universität Stuttgart aus betrachtet, geht es dabei längst nicht nur um einen Reaktor und ein paar Schläuche. Fraunhofer IPA und IFF untersuchen auch den regionalen Bedarf an grünem Wasserstoff in Industrie, Verkehr, Haushalten und Gebäuden, die verfügbaren Mengen an Rest- und Altholz sowie Möglichkeiten, den lokalen Bedarf zu decken.

Eine Roadmap für die Region

Untersucht werden außerdem die Potenziale einer wasserstoffbasierten Nachhaltigkeit im Schwarzwald, Szenarien für eine beschleunigte Verringerung der CO₂-Emissionen und eine Wasserstoff-Roadmap für die Region. Die Analysen richten sich unter anderem an holzverarbeitende Betriebe, Mobilitätsdienstleister, Technologieunternehmen, Energieversorger sowie Kommunen und Land- beziehungsweise Stadtkreise.

Die Roadmap enthält Handlungsempfehlungen zum Ausbau der regionalen Wasserstoffwirtschaft. Dazu gehören mehr Forschung und Entwicklung, der Ausbau der regionalen Wasserstoffinfrastruktur und eine stärkere Verknüpfung der Energiesektoren. Laut der Untersuchung verfügt die Region Schwarzwald über ein erhebliches Potenzial zur Wasserstofferzeugung aus lokalen Ressourcen. Damit es vollständig genutzt werden kann, braucht es allerdings technologische Weiterentwicklung und zusätzliche Infrastruktur.

Die Anlage in Loßburg-Betzweiler steht damit an einer Schnittstelle: zwischen Holzverarbeitung und Biotechnologie, zwischen regionalem Abfallproblem und Energieversorgung. Und irgendwo dazwischen sitzen Bakterien, Mikroalgen und sehr viel Holz, das bisher vor allem eines war: lästig.