Kaffeesatz als Rohstoffquelle

Brasilien ist das größte Kaffeeland der Welt. Das flächen- und bevölkerungsmäßig fünftgrößte Staat der Erde ist für den Kaffeemarkt das, was Saudi Arabien für den Ölmarkt ist. Die Bundesstaaten Paranà, Sao Paulo, Minas Gerais und Espirito Santo gelten als die wichtigsten Regionen und liegen allesamt im Südosten. Kaffee ist weltweit die zweitwichtigste Handelsware nach Erdöl. Ist der Kaffee einmal gebrüht verbleibt als Rest der Kaffeesatz, der meistens im Abfall landet. Um diesen zu verwerten, startet nun das Projekt »InKa – Intermediate aus industriellem Kaffeesatz«, in dem vom Fraunhofer UMSICHT zusammen mit Partnern mögliche Verwertungsansätze geprüft werden. Dabei wird der Kaffeesatz zunächst zu hochwertigen Zwischenprodukten verarbeitet, aus denen dann Biokunststoffe und Zusätze für unterschiedliche Papiersorten entstehen können. Auf der Hannover Messe vom 13. bis 17. Juli präsentiert das Forscherteam das Projekt.

Bei der Produktion von einem Kilogramm löslichem Kaffee entstehen zwei Kilogramm nasser Kaffeesatz. So werden allein in der EU etwa eine Millionen Tonnen Reststoffe pro Jahr durch Kaffeesatz erzeugt. Das Forscherteam wird sich daher in dem Projekt »InKa« in den nächsten drei Jahren mit der Ausarbeitung und Validierung eines industrienahen Ansatzes zur Überführung kommerziell anfallenden Kaffeesatzes in hochwertige Zwischenprodukte beschäftigen. Dabei wird ein besonderer Fokus daraufgelegt, dass die Zwischenprodukte nicht nur als Rohstoff für biobasierte Produkte verwendet werden, sondern sie sollen zu bisher nicht erreichbaren Eigenschaftsverbesserungen verschiedener Endprodukte führen, oder sogar als alternative Rohstoffquelle bei ernsthaften Rohstoffengpässen fungieren.

Geplante Entwicklungsschritte

Die geplanten Arbeitsschritte umfassen die Auftrennung des Kaffeesatzes in sinnvoll zusammengefasste Komponentengruppen, deren Aufreinigung sowie insbesondere die hochwertige Nutzung der erzeugten Intermediate. Das Kaffeeöl ist nicht für den Verzehr geeignet, es kann jedoch mittels Umesterung in ein wertvolles chemisches Zwischenprodukt umgewandelt werden. Anschließend wird der Einsatz dieser biobasierten Bausteine in Synthesen zur Herstellung von Additiven für Kunststoffe wie Weichmacher oder Schlagzähigkeitsmodifikatoren geprüft.

Der entölte Kaffeesatz wird gleichzeitig als alternativer Rohstoff für die Papier- und Kartonindustrie untersucht. Nach entsprechender Zerkleinerung wird dieser in Faserstoffe eingebracht und die weitere Verarbeitung getestet. Darüber hinaus können in dem Verwertungsprozess weitere organische Verbindungen wie Glycerin, Fettsäuren, Polysaccharide oder Aromastoffe gewonnen und für eine Verwertung bereitgestellt werden. Im Nachgang wird mittels einer Stoffstromanalyse der mögliche Einfluss auf die Rohstoffversorgung im Markt transparent gemacht. »Das angestrebte Verfahren als Ganzes ist hoch innovativ und beinhaltet wichtige Beiträge zu aktuellen internationalen Forschungsfeldern wie in-situ-Umesterung im Kaffeesatz, chemische Modifizierung der isolierten Intermediate oder Entwicklung migrationsarmer Schlagzähigkeitsmodifikatoren«, sagt Inna Bretz, Projektleiterin und Gruppenleiterin in der Abteilung für Biobasierte Kunststoffe beim Fraunhofer UMSICHT. »Dabei entwickeln wir den technischen Prozess vom Labor bis zum industriellen Scale-Up«.

Zusammenarbeit mit der Industrie

Der Projektpartner BellePapier GmbH wird nach Herstellung der Zwischenprodukte Anwendungstests mit entöltem Kaffeesatz durchführen und die Ergebnisse des Projekts bewerten. »Der entölte Kaffee kann für spezielle Papier- und Kartonsorten eine gute Rohstoffergänzung sein. Er enthält Cellulose – ähnlich wie der Faserstoff, aus dem Papier entsteht. Der Kaffeesatz könnte aber auch als Prozesshilfsmittel interessant sein. Wir sind sehr neugierig, welche Potenziale sich mit diesem neuen Werkstoff heben lassen«, sagt Geschäftsführer Dr. Jürgen Belle von BellePapier GmbH.
Gemeinschaftsstand auf der Hannover Messe 2020

Auf der Hannovermesse vom 13. bis 17. Juli stellt das Forscherteam das Projekt »InKa« auf dem »Schaufenster Bioökonomie« vor, einem Gemeinschaftsstand der BIOPRO Baden-Württemberg GmbH, des Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft vertreten durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) sowie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) vertreten durch den Projektträger Jülich (PtJ).