Erfolgreiche Ergebnisse und neue Impulse für die Kreislaufwirtschaft

CircularFood: Aus Lebensmittelresten werden Proteine, Energie und Dünger

In Österreich fallen jedes Jahr rund 1,3 Millionen Tonnen organische Nebenströme aus der Lebensmittelverarbeitung an. Das sind große Mengen an Reststoffen, die etwa in der Bierproduktion oder bei der Verarbeitung von Kürbiskernen entstehen. Bisher werden diese Nebenströme vor allem als Tierfutter genutzt oder in Biogasanlagen zur Energiegewinnung eingesetzt.

Das Projekt CircularFood, unter der Leitung von AEE INTEC, geht über bestehende Ansätze hinaus. Ziel ist es, diese Reststoffe nicht nur einmal zu nutzen, sondern sie in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen vollständig zu verwerten. Dadurch sollen möglichst viele wertvolle Inhaltsstoffe erhalten und in neue Produkte überführt werden.

Kaskadennutzung: ein Rohstoff, mehrere Anwendungen

Im Zentrum des Projekts steht die sogenannte Kaskadennutzung. Dabei werden organische Reststoffe nicht einfach entsorgt oder nur energetisch genutzt, sondern Schritt für Schritt weiterverarbeitet.

Zuerst werden aus Materialien wie Biertreber und Kürbiskernpresskuchen pflanzliche Proteine gewonnen. Diese können als nachhaltige Rohstoffe in der Lebensmittelproduktion eingesetzt werden. Besonders interessant ist dabei die Ausbeute: Durch einfache Wasserextraktion konnte bereits ein Proteinprodukt mit rund 70 % Eiweißgehalt hergestellt werden.

In einem weiterentwickelten Verfahren wird das Material zusätzlich enzymatisch behandelt und zuvor entfettet. Dadurch lassen sich noch mehr Nicht-Protein-Bestandteile wie Fette und Kohlenhydrate entfernen, wodurch der Proteingehalt auf über 80 % gesteigert werden konnte. Dieser Wert liegt im Bereich sehr konzentrierter pflanzlicher Proteinprodukte.

Mehr Energie aus denselben Reststoffen

Die nach der Proteinextraktion verbleibenden Materialien werden nicht entsorgt, sondern zur Biogasproduktion genutzt. Erste Versuche zeigen, dass durch die vorherige Behandlung der Rohstoffe die Energieausbeute deutlich verbessert werden kann. Konkret konnte die Methanausbeute um bis zu 16 % gesteigert werden. Das bedeutet, dass aus der gleichen Menge Ausgangsmaterial spürbar mehr Biogas gewonnen wird als ohne Vorbehandlung.

Die Angaben beziehen sich auf die Menge Methan pro Kilogramm organischer Trockenmasse und zeigen, dass die vorgelagerten Prozesse nicht nur für die Lebensmittelproduktion, sondern auch für die Energiegewinnung Vorteile bringen.

Ein wichtiger Schritt im Projekt war zudem die Skalierung der Versuche in den zweistelligen Kilogrammbereich. Dadurch können die bisherigen Ergebnisse nun in einer kontinuierlichen Vergärung realitätsnäher abgebildet werden. Gleichzeitig stehen ausreichend Gärreste für die weiteren Arbeiten zur Entwicklung von Düngeprodukten zur Verfügung.

Dünger und Substrate aus Gärresten

Nach der Biogasproduktion bleiben sogenannte Gärreste übrig. Auch diese werden im Projekt weiter genutzt. Der feste Anteil eignet sich gut als Grundlage für torffreie Pflanzsubstrate, die in der Pflanzenproduktion eingesetzt werden können. Diese Substrate zeichnen sich durch eine hohe und gleichmäßige Nährstoffverteilung aus und können einen Beitrag dazu leisten, Torf im Gartenbau zu ersetzen.

Aus den Gärresten wird außerdem ein Flüssigdünger auf NPK-Basis (Stickstoff, Phosphor, Kalium) entwickelt. Dieser wurde bereits in verschiedenen Praxisumgebungen getestet – im Gartenbau, im Gewächshaus und in der Landwirtschaft. Die Versuche werden unter anderem bei Frutura, einem der größten Gartenbaubetriebe Österreichs, sowie in Zusammenarbeit mit der Landwirtschaftskammer Steiermark durchgeführt.

Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass der biologische Flüssigdünger in seiner Wirkung mit konventionellen mineralischen Düngern vergleichbar ist. In den Versuchen konnten keine messbaren Unterschiede im Pflanzenwachstum festgestellt werden, was auf ein hohes Anwendungspotenzial hinweist.

Torffreie Substrate mit Wirkung auf das Pflanzenwachstum

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Entwicklung torffreier Substrate, die auf vergorenem Biertreber basieren, unter anderem aus der Brauerei Göss stammend. In Pflanzversuchen zeigte dieses Material positive Effekte auf das Pflanzenwachstum. Besonders auffällig war eine verbesserte Wurzelentwicklung, die sich in deutlich kräftigeren und besser verzweigten Wurzelsystemen zeigte.

Gleichzeitig wurde deutlich, dass das Material sehr nährstoffreich ist. Deshalb muss es sorgfältig dosiert werden, da eine zu hohe Beimischung zu einer Überversorgung der Pflanzen führen könnte. Die weitere Forschung konzentriert sich daher auf die optimale Mischung, um die positiven Eigenschaften bestmöglich zu nutzen.

Forschung bei AEE INTEC: mehrere parallel laufende Versuchsreihen

Als Projektleiter führt AEE INTEC mehrere Versuchsreihen parallel durch, um die verschiedenen Prozessschritte gezielt zu optimieren. Im Mittelpunkt stehen dabei die Proteinextraktion aus Kürbiskernpresskuchen und Biertreber, die Untersuchung unterschiedlicher Verfahren wie Wasser- und Enzymextraktion sowie die Entfettung des Ausgangsmaterials.

Ein weiterer Fokus liegt auf der Prozessintensivierung im sogenannten oszillierenden Reaktor, in dem mit Feststoffgehalten von bis zu 30 % Kürbiskernpresskuchen gearbeitet wird. Ziel ist es, die Verfahren so weiterzuentwickeln, dass sie später industriell einsetzbar sind.

Parallel dazu werden die funktionellen Eigenschaften der gewonnenen Proteine untersucht. Dazu zählen unter anderem ihre Löslichkeit in Wasser, ihr Wasserbindevermögen sowie ihre Fähigkeit, Emulsionen zu bilden oder Schaum zu stabilisieren. Diese Eigenschaften sind entscheidend dafür, in welchen Lebensmittelanwendungen die Proteine später eingesetzt werden können.

Gesamtbild des Projekts

Nach zwei Jahren Projektlaufzeit zeigt CircularFood sehr deutlich, welches Potenzial in organischen Nebenströmen steckt. Aus denselben Ausgangsmaterialien entstehen mehrere hochwertige Produkte: pflanzliche Proteine mit einem Eiweißgehalt von über 80 %, eine Steigerung der Biogasproduktion um bis zu 16 %, sowie nährstoffreiche Flüssigdünger und torffreie Substrate für den Gartenbau.

Das zentrale Ergebnis ist dabei, dass die Reststoffe nicht mehr als Abfall betrachtet werden, sondern als Rohstoffe, die in mehreren Schritten sinnvoll genutzt werden können.

Fazit

CircularFood zeigt damit in der Praxis, dass eine zirkuläre Nutzung von Lebensmittelresten technisch bereits heute möglich ist. Im nächsten Schritt stehen die weitere Optimierung der Prozesse, die detaillierte Prüfung der Produktqualität sowie die Vorbereitung auf mögliche industrielle Anwendungen im Mittelpunkt.

Projektpartner

Kontakt

Bettina Muster-Slawitsch

Projektseite – AEE INTEC