Projekte am Forschungsbereich Rohstoff- und Produktchemie
Steigerung des stofflichen Nutzungspotentials von Lignin aus der Zellstoffindustrie als proteinseitiges Stabilisierungsmittel für die Getränkeindustrie
| Ziel des Projektes ist die neue stoffliche Nutzungsmöglichkeit von Lignin(en) in der Getränkeindustrie. Zu diesem Zweck sollen die Lignin-Typen Kraft-Lignin, Lignosulfonat sowie Bioraffinerie-Lignin, welche u.a. bei der Gewinnung von Zellstoff für die Papierindustrie in großen Mengen als Nebenprodukte anfallen und bisher überwiegend energetisch verwertet werden, als innovative, proteinseitige Stabilisierungsmittel in der Getränkeindustrie (Wein, Kern-, Steinobstfruchtsäfte, Bier) eingesetzt werden, mit dem Zweck der Trübungsreduzierung. Lignin wird hier als Stabilisierungsmittel bei der Tiefen- und Oberflächenfiltration im Labor- und Pilotmaßstab (Industriepartner) eingesetzt. Analytische Kernarbeitsschritte des Forschungsvorhabens, welche in der Holzforschung München durchgeführt werden, sind die chemische und strukturelle Analyse der Lignine, u.a. mittels Evolved Gas Analysis und Pyrolyse-GC-MS, die Löslichkeit mittels einer im Projekt zu entwickelnde FT-NIR Schnellmessmethode sowie der Eintrag sekundärer Substanzen (Schwefel, Natrium, Magnesium) über AAS, EDXA, ICP-OES oder ICP-MS und HPLC. | |
| Technologische Kernarbeitsschritte, welche beim Forschungspartner durchgeführt werden, sind die enzymatische Quervernetzung und Aufreinigung der ligninhaltigen Ausgangsproben, mit dem Ziel der vollständigen Unlöslichkeit. Lignin wird als proteinseitiges Stabilisierungsmittel vergleichend zu Kieselgel, Bentonit u.a. Einsatz finden. Die gleichbleibende Produktqualität wird abschließend analytisch und sensorisch validiert. | |
| Die Zusammenarbeit der beiden Forschungsstellen soll es ermöglichen, den nachwachsenden Rohstoff Lignin mit dem Ziel einer erhöhten Ressourceneffizienz und -schonung (Upcycling) als Stabilisierungsmittel zu etablieren und somit die Grundlage des Einsatzes als technischen Hilfsstoff in der Getränkeindustrie zu schaffen. Zudem erhält die zellstoffproduzierende Industrie einen alternativen Absatzmarkt zur wirtschaftlichen und nachhaltigen (bioökonomischen) Nutzung von Lignin. | |
| Laufzeit | 01.10.2021 - 30.09.2023 |
| Bearbeitung | Wanschura, Regina; Windeisen-Holzhauser, Elisabeth; Özparpucu, Merve; Richter, Klaus |
| Projektkoordination und -partner | TUM, Lehrstuhl für Brau- und Getränketechnologie; Kerpes, Roland; Becker, Thomas |
| Gefördert durch |
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| Beteiligte Forschungsvereinigungen |
Wissenschaftsförderung der Deutschen Brauwirtschaft e.V. – Wifö 
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Internationaler Verein für Technische Holzfragen e.V. – iVTH 
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Verbundvorhaben: Vakuum-Isolationspaneele auf Holzfaserbasis; Teilvorhaben 1: Herstellung, Produkteigenschaften, bauphysikalische Untersuchungen und Dauerhaftigkeit - Akronym: WoodVIP
| Das Forschungsvorhaben untersucht die Eignung von holzfaserbasierten Werkstoffen als Kernmaterial für Vakuum-Isolationspaneele (VIP) in technischen Anwendungen (bspw. Transportboxen) und Anwendungen im Gebäudebereich (bspw. Dämmung der Gebäudehülle). Die so hergestellten WoodVIP sollen im Vergleich zu konventionellen VIPs mit Kernen aus pyrogener Kieselsäure eine vergleichbare Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0.007 – 0.009 W/(m K) aufweisen. Gleichzeitig werden durch den Einsatz eines nachwachsenden Rohstoffs als Kernmaterial deutliche Effekte auf die Ökobilanzierung der WoodVIP erwartet, da 95 – 99 % aller in den EPDs von VIPs betrachteten Umweltgrößen durch den Stützkern und hiervon mit 90 – 99 % durch den Stützkern-Rohstoff beeinflusst werden. Die Verwendung von vergleichsweise preisgünstigen Holzfasern als Kernmaterial ermöglicht darüber hinaus Kostenvorteile bei der Herstellung der WoodVIP. Gegenüber herkömmlichen, luftgefüllten Holzfaserdämmstoffen ergeben sich Vorteile durch die um den Faktor 5 – 7 niedrigere Wärmeleitfähigkeit der WoodVIP. Dadurch lassen sich schlankere Bauteilquerschnitte realisieren und das Substitutionspotential von Holzfasern gegenüber konventionellen Dämmstoffen wird durch den effizienteren Materialeinsatz erhöht. Im Weiteren wird durch die Umhüllung mit einer Hochbarrierefolie der Einfluss von Feuchtigkeit auf die Wärmeleitfähigkeit sowie der Befall der Holzfasern durch holzzerstörende Pilze, bzw. Schimmelpilze, auch ohne die Zugabe von Additiven, ausgeschlossen. In dem Projekt werden der Einfluss unterschiedlicher Holzarten und Fasergrößen auf die Wärmeleitfähigkeit, die Dauerhaftigkeit, die Ökobilanzierung und ökonomische Aspekte der WoodVIP untersucht und jeweils im Vergleich zu luftgefüllten Holzfaserdämmstoffen und konventionellen VIPs für repräsentative Anwendungen bewertet. | |
| Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele: | |
| — Verringerung der Wärmeleitfähigkeit und damit des Materialeinsatzes der WoodVIP gegenüber herkömmlichen holzfaserbasierten Dämmstoffen | |
| — Erhöhung des Substitutionspotentials konventioneller Dämmstoffe | |
| — Verbesserung der Dauerhaftigkeit der WoodVIP gegenüber herkömmlichen holzfaserbasierten Dämmstoffen und gleichzeitiger Verzicht auf Additive. | |
| — Deutliche Reduzierung der Kosten der WoodVIP gegenüber VIP auf Basis pyrogener Kieselsäure bei vergleichbarer Wärmeleitfähigkeit. | |
| — Verbesserte Ökobilanz und einfacheres Recycling der WoodVIP gegenüber klassischer Vakuumpaneele durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe als Kernmaterial. | |
| — Verwertungsmöglichkeiten für Holzfasern aus Laubholz in einem Produktsegment mit hohen Margen (Hochleistungsdämmstoffe). | |
| — Erweiterung der Systempalette an Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen zur Herstellung platzsparender Bauteile in der Fläche und zur hocheffizienten Überdämmung von Anschlüssen in beengten Situationen. | |
| — Untersuchung des Einsatzes von WoodVIP für die Anwendung in Transportboxen. | |
| Im Teilvorhaben an der Holzforschung München werden dazu die Ausgasungseigenschaften an Holzfasern aufgrund flüchtiger Stoffe untersucht und Modifizierungsverfahren zur Druckstabilisierung erprobt. Die Daten zum resultierenden Herstellungsprozess und die dafür notwendigen Rohstoffe fließen in eine Ökobilanzstudie sowie eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur Nachhaltigkeitsbewertung der entwickelten Paneele ein. |
| Laufzeit | 01.12.2021 – 30.11.2023 |
| Bearbeitung | Lehrstuhl für Holzwissenschaft: Engelhardt, Max;; Windeisen-Holzhauser, Elisabeth; Sander-Titgemeyer, Anna; Weber-Blaschke, Gabriele; Richter, Klaus |
| Projektpartner | Forschungsinstitut für Wärmeschutz e. V. München: Projektkoordination und Bearbeitung des Teilvorhaben 1 (Herstellung, Produkteigenschaften, bauphysikalische Untersuchungen und Dauerhaftigkeit) |
| STEICO SE Feldkirchen: Teilnahme an Projekttreffen, Beratung, Produktion und Prüfungen, Bereitstellung von industriell hergestelltem Fasermaterial, Herstellung eines Demonstrators (Wand-/Dachbauteil unter Verwendung von WoodVIP) | |
| Va-Q-tec Würzburg: Teilnahme an Projekttreffen, Beratung, Bereitstellung von Versuchsmaterial, Produktion von Vakuumisolationspaneelen mit Holzfaserkern als Demonstrator, Produktion von Kühlboxen mit Holzfaserkern als Demonstrator, Qualifizierungstests an Demonstratoren | |
| Projektträger |
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| Gefördert durch |
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Entwicklung zukunftsweisender Konzepte zum landwirtschaftlichen Bauen mit Holz - von der Planung bis zum Rückbau (ZukunftLaWiBau) Teilvorhaben: Holzprodukte, Ressourcenpotenzial und Wertschöpfungsketten
| Mit dem Verbundprojekt wird das Ziel verfolgt, mittels zukunftsweisender Konzepte den Anteil von landwirtschaftlichen Bauten in Holzbauweise unter Berücksichtigung technischer und sozioökonomischer Fragestellungen langfristig zu erhöhen. Hierzu werden Planungsgrundlagen für landwirtschaftliche Gebäude anhand von Mustergebäuden in das 21. Jahrhundert überführt. Dabei werden insbesondere regionale Wertschöpfungsketten in ländlichen Räumen, sowie aktuelle Fragestellungen zur Hygieneleistung und spezifischer Einsatzfähigkeit relevanter Holzprodukte berücksichtigt. Darüber hinaus werden Möglichkeiten zur Nutzung des Potenzials der vorhandenen Holzressourcen vorgeschlagen. Zusätzlich wird die Datenbasis zu Klima- und Ressourcenschutz der landwirtschaftlichen Bauten aus Holz aktualisiert und vertieft, und für den „Charta für Holz 2.0“- Prozess nutzbar gemacht. Ergebnis des Projekts soll ein Planungsleitfaden (siehe AP9) „Landwirtschaftliches Bauen mit Holz im 21. Jahrhundert“ sein. Der Leitfaden bezieht aktuelle Fragestellungen zu Klimaschutz, Tierwohl, regionaler Wertschöpfung, Dauerhaftigkeit des Baustoffs Holz, Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit als Querschnittsfelder ein. Durch ein interdisziplinär aufgestelltes Forschungsteam werden die Fragestellungen ganzheitlich erarbeitet. | |
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| Laufzeit | 2020 - 2023 |
| Bearbeitung | AP3 und AP4: Lehrstuhl für Holzwissenschaft: Wanschura, Regina; Helm, Sabine; Windeisen-Holzhauser, Elisabeth; Richter, Klaus; Weber-Blaschke, G. |
| Der Projektteil der Holzforschung München hat mit AP3 „Ressourcenpotenzial“ den Fokus auf einer grundsätzlichen Charakterisierung von landwirtschaftlichen Betrieben hinsichtlich ihrer Bedürfnisse und Möglichkeiten des Bauens mit Holz. Dies soll zum einen bundesweit in Annäherung quantitativ ermittelt, zum anderen in ausgewählten Regionen auch intensiver und qualitativ untersucht werden. Es werden Akteure der bisher genutzten Wertschöpfungskette sowie die Stoffströme ermittelt und Interviews hinsichtlich der Erfolgsfaktoren und Hemmnisse geführt. Es sollen die Potenziale des Bauens mit eigenem bzw. regionalem Holz dargestellt und Empfehlungen für eine Optimierung regionaler Wertschöpfungsketten aufgezeigt werden. Mit AP4 „Holzprodukte“ liegt der Fokus auf der experimentellen Untersuchung verschiedener Holzarten und (innovativer) Holzprodukte hinsichtlich ihrer Eigenschaften, die für die besonderen Bedingungen des landwirtschaftlichen Bauens notwendig sind. Dabei kommen Laborexperimente und Feldversuche zum Einsatz. Ziel ist, die Vor- und Nachteile jeder Holzart und jedes Holzwerkstofftyps in definierten Anwendungsbereichen anhand von ausgewählten Kriterien (chemische/ physikalische/ technische Eigenschaften) für landwirtschaftliches Bauen zu katalogisieren. | |
| Projektpartner | Ruhr-Universität Bochum (Lehrstuhl für Ressourceneffizientes Bauen, Prof. Dr.-Ing. Annette Hafner) Koordination und AP2 „LCA Gebäude“: Erstellung und Validierung der LCA von landwirtschaftlichen Gebäuden verschiedener Bauweise (z.B. KomplettHolzbau und Teil-Holzbau) sowie Herausarbeitung und Darstellung zugehöriger ökologischer Kennwerte |
| Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Institut für Landtechnik und Tierhaltung, (Arbeitsgruppe Landwirtschaftliches Bauwesen (ILT 4c), Dipl.-Ing. Architekt Jochen Simon) AP1: „Status-Quo-Analyse“: Bestandsanalyse und Datenermittlung zu den landwirtschaftlichen Nutzgebäuden für die Tier- und Lagerhaltung, Auswahl der Mustergebäude und Harmonisierung des Datenmaterials, sowie AP8: „Wirtschaftliche Tragwerke“: Entwicklung exemplarischer Tragwerksvarianten unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit | |
| Freie Universität Berlin (FUB), Fachbereich Veterinärmedizin, Institut für Tier- und Umwelthygiene (Prof. Uwe Rösler) | |
| Friedrich-Loeffler-Institut (FLI), Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit (Prof. Dr. Franz J. Conraths) AP5 „Hygiene“: Prüfung der Eigenschaften von Holzbaustoffen im Hinblick auf Hygieneanforderungen in der landwirtschaftlichen Erzeugung, Vergleich von Holz mit anderen Baustoffen (Stahl, Kunststoff, Beton) sowie Vergleich der Wirkung unterschiedlicher Oberflächenstrukturen von Holzprodukten | |
| TU München, Fakultät BGU, Lehrstuhl Holzbau und Baukonstruktion (Prof. Dr.-Ing. Stefan Winter, Dr.-Ing. Philipp Dietsch, Dipl.-Ing. MA Architekt Stephan Ott) AP6: „Dauerhafte Konstruktionen“: Konstruktionsarten und Verbindungstypen zu besonderen Beanspruchungssituationen für das landwirtschaftliche Bauen mit Holz, sowie AP7 „Design for Reuse“: Design for Reuse von landwirtschaftlichen Gebäuden in Holzbauweise (Kaskadennutzung) | |
| Das Projekt wird von einigen Institutionen sowie Interessensverbänden inhaltlich unterstützt, z.B. vom Landesinnungsverband des Bayerischen Zimmererhandwerks, von der Cluster-Initiative Forst und Holz in Bayern gGmbH mit proHolz Bayern, vom Deutschen Holzwirtschaftsrat (DHWR) und von der Studiengemeinschaft Holzleimbau e.V. (CCT Council of Timber Technology). | |
| Projektträger |
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) 
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| Gefördert durch |
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