Elektrochemische Valorisierung Furan-reicher Prozessströme aus dem hydrothermalen Aufschluss landwirtschaftlicher Reststoffe (ELEVATOR)

Abstract

Ziel des Projekts ELEVATOR ist die Entwicklung und Demonstration eines stromgetriebenen Verfahrens zur nachhaltigen Herstellung biobasierter Chemikalien aus landwirtschaftlichen Reststoffen. Im Mittelpunkt steht die elektrochemische Umsetzung der Plattformchemikalie 5‑Hydroxymethylfurfural (HMF), die durch hydrothermale Aufarbeitung lignocellulosehaltiger Biomasse gewonnen wird, zu den Zielprodukten 2,5‑Furandicarbonsäure (FDCA) und 2,5‑Dimethylfuran (DMF). Ein zentrales Innovationsmerkmal ist das sogenannte "200 %-Elektrolyse"-Konzept, bei dem anodische Oxidation und kathodische Reduktion in einer einzigen elektrochemischen Zelle gekoppelt werden. Dadurch können beide Produkte simultan erzeugt und Energie‑ sowie Ressourceneffizienz deutlich gesteigert werden. Besonderer Fokus liegt auf der direkten Nutzung industriell relevanter, HMF‑reicher Prozessströme ohne aufwendige Vorreinigung, um die Praxisnähe und Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu erhöhen. Die ESy‑Labs GmbH übernimmt im Projekt eine Schlüsselrolle bei der Überführung des elektrochemischen Prozesses von der Laborentwicklung in eine anwendungsnahe Demonstrationsstufe. ESy‑Labs ist verantwortlich für die Auslegung, den Aufbau und den Betrieb einer kontinuierlich betriebenen elektrochemischen Laboranlage sowie für die Skalierung des Prozesses von TRL 3 auf TRL 4. Der Schwerpunkt liegt auf dem stabilen Dauerbetrieb mit realen Eduktströmen, der Herstellung von Mustermengen sowie der Erhebung belastbarer Daten zur Prozessstabilität, Energieeffizienz und Komponentenlebensdauer. Ergänzend werden Strategien zur Produktaufarbeitung sowie eine techno‑ökonomische und ökologische Bewertung der Gesamtprozesskette durchgeführt. ELEVATOR leistet damit einen Beitrag zur Elektrifizierung und Defossilisierung der chemischen Industrie. The objective of the ELEVATOR project is to develop and demonstrate an integrated, electricity‑driven process for the sustainable production of high‑value biobased chemicals from agricultural residues. The project focuses on the coupled electrochemical conversion of 5‑hydroxymethylfurfural (HMF), produced via hydrothermal processing of lignocellulosic biomass, into two valuable products: 2,5‑furandicarboxylic acid (FDCA) and 2,5‑dimethylfuran (DMF). A central aim of ELEVATOR is the realization of a novel "200% electrolysis" concept, in which anodic oxidation and cathodic reduction are combined in a single electrochemical cell to enable the simultaneous formation of FDCA and DMF with enhanced energy and resource efficiency. Particular emphasis is placed on the direct utilization of industrially relevant, HMF‑rich process streams without extensive purification, thereby increasing process robustness and economic feasibility. Within the project, ESy‑Labs plays a key role in transferring the coupled electrochemical process from laboratory development to an application‑oriented demonstration level. ESy‑Labs is responsible for the design, construction, and operation of a continuously operated electrochemical laboratory system and for scaling the process from TRL 3 to TRL 4. The focus lies on stable long‑term operation with real feed streams, the production of representative product quantities, and the generation of reliable data on process stability, energy efficiency, and component lifetime. In parallel, downstream processing strategies and a comprehensive techno‑economic and environmental assessment of the overall process chain are conducted. By integrating biomass valorization with renewable electricity, ELEVATOR aims to contribute to the electrification and defossilization of the chemical industry and to enable sustainable production pathways for platform chemicals, polymer precursors, and fuel components.