Neues Testverfahren für die Ethanolherstellung aus Getreide
Für die Herstellung von Ethanol für Biokraftstoffe ändern sich die Qualitätsansprüche an das verwendete Getreide. Forscher der Universität Hohenheim entwickeln ein Testverfahren, das angibt, wie gut das Getreide für die Ethanolproduktion geeignet ist.
Wenn Getreide wie hier im Bioethanol-Werk der Nordbrandenburger Bioenergie in Schwedt zu Industriealkohol verarbeitet wird, ist vorher nicht klar, wie gut sich das Getreide dazu eignet. Die Hohenheimer Universität entwickelt ein Verfahren, dass das Getreide so genau untersucht, dass man unterscheiden kann, ob sich ein Getreide besser als Futtermittel, zum Herstellen von Mehl oder für Biokraftstoff eignet.
Foto: Patrick Pleul/dpa
Seitdem der Mensch vor rund 10 000 Jahren damit begonnen hat, gezielt Getreide anzubauen, stehen bei der Bewertung des gezüchteten Weizens oder Roggens der Futterwert und die Backfähigkeit im Vordergrund. Dies hat sich erst in jüngster Zeit mit der Einführung von Biokraftstoffen geändert. Die Brennereien, die aus Weizen, Roggen und Triticale – eine Kreuzung aus Weizen und Roggen – Industriealkohol für Biokraftstoffe destillieren, stellen andere Ansprüche an die Pflanzen als Viehhalter, Müller oder Bäcker.
Eiweißgehalt der Getreide ist für Biokraftstoffe zu hoch
Forscher der Universität Hohenheim wollen nun ein neues Prüfverfahren entwickeln. Es soll sowohl den Getreidezüchtern dabei helfen, ihre Sorten zu entwickeln, als auch den Brennereien eine bessere Möglichkeit zur Beurteilung des angelieferten Getreides geben. Das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz fördert das dreijährige Forschungsprojekt „Praxisangepasste Nutzung der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) für die Ethanolgetreidezüchtung und -verarbeitung“ mit 366 000 Euro.
Bisher konzentrieren sich die Züchter auf Getreidesorten, die sich als sättigendes Futtermittel eignen, oder einen backfähigen Teig und wertvolles Brot liefern. Wenn es darum geht, Industrie-Alkohol, also Ethanol, herzustellen, ändern sich die Qualitätsansprüche. Dann sind Weizen, Roggen und Triticale züchterisch für diese Verwendung nicht ausgelegt und optimiert. „Der Eiweißgehalt ist viel zu hoch“, erklärt Professor Ralf Kölling-Paternoga, Leiter des Fachgebiets Gärungstechnologie an der Universität Hohenheim.
Anstelle des Eiweißes ist zur Vergärung Stärke gefragt – je mehr, desto besser. „Die Stärke muss aber leicht freisetzbar sein und sich leicht in Zuckerverbindungen umsetzen lassen“, erklärt Kollege Thomas Senn. „Den Zucker vergären dann Hefe-Kulturen zu Ethanol.“
Ob es als Futtermittel oder zur Ethanol-Herstellung taugt, sehen Brennerei-Betreiber dem angelieferten Getreide natürlich nicht an. Senn nutzt dazu ein spezielles Analysegerät, das sogenannte Nahinfrarot-Spektrometer. „Dieses Gerät tastet das Getreide mit Lichtstrahlen ab. Je nachdem, in welcher Wellenlänge das Licht vom Getreide zurückgeworfen wird, können wir auf seine Zusammensetzung schließen“, sagt Senn. „Das geht schnell und das Getreide wird bei dem Test auch nicht zerstört.“
Versuchsergebnisse sollen bei der Zuchtauswahl helfen
Das Gerät liefert allerdings sehr viele Informationen, von denen die relevanten anschließend noch herausgefiltert werden müssen. „Nur ein kleiner Teil davon ist nötig, um Aussagen darüber treffen zu können, ob sich das Getreide zur Ethanol-Produktion eignet“, erklärt der Wissenschaftler. Ein statistisches Verfahren soll die relevanten Informationen zusammentragen und auswertbar machen. „Wir müssen dem Programm aber erst noch beibringen, welche Informationen es auswählen soll“, fasst Senn seine Forschungsarbeit zusammen.
Dabei helfen Feldversuche an drei verschiedenen Standorten: auf der Versuchsstation Ihinger Hof nahe Stuttgart, in der Gegend um Braunschweig und im mecklenburgischen Vipperow. Damit decken die Wissenschaftler mehrere Standorte mit unterschiedlichem Klima und verschiedenen Bodenarten ab. Das geerntete Getreide testen sie dann in der Forschungs- und Lehrbrennerei der Universität Hohenheim. Senn analysiert den Gehalt der vergärbaren Substanz und ermittelt, wie viel Ethanol sich aus den Getreideproben destillieren lässt.
Daraus ergeben sich die Parameter, die der Nahinfrarot-Spektrometer später erfassen und darstellen soll. Voruntersuchungen haben gezeigt: Während auf den meisten Böden Triticale die beste Ethanol-Ausbeute bringt, ist auf schlechten Böden Roggen, auf sehr guten Böden Weizen am effektivsten.
Die Versuchsergebnisse sollen auch eine Hilfe für Ethanolgetreide-Züchter sein, denn die Untersuchungen von Senn erleichtern ihnen die Zuchtauswahl. Wenn es dann in einigen Jahren neue Getreidesorten gibt, die genau auf die Bedürfnisse der Ethanolgewinnung abgestimmt sind, wird die Nahinfrarot-Spektroskopie in den Brennereien aber nicht überflüssig. „Je nach Boden und Klima wird es weiterhin regionale Schwankungen bei der Qualität geben“, erklärt der Experte, „und die wiederum bestimmt den Preis.“
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