nt 02 | 2025 Im Kreis gedacht - Wege zur zirkulären Wirtschaft
Hochwertige Produkte aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie
Bettina Muster-Slawitsch, Christian Platzer, Judith Buchmaier, Philipp Petermeier, Theresa Plesch, Christoph Höfer
Jährlich fallen in Österreich rund 1,3 Millionen Tonnen nicht vermeidbare organische Nebenprodukte aus der Lebensmittelverarbeitung an, die heute meist in der Tierfütterung oder zur Biogaserzeugung genutzt werden. Diese Reststoffe besitzen jedoch ein weit größeres wirtschaftliches und ökologisches Potenzial, das bislang kaum erschlossen wurde. Das CircularFood-Projekt setzt genau hier an und entwickelt innovative Verfahren, um Lebensmittelreststoffe optimal zu verwerten.
Neue kaskadische Verwertungszyklen für Reststoffe aus der Lebensmittelindustrie
CircularFood verfolgt einen ganzheitlichen, kaskadischen Ansatz, der in Abbildung 1 veranschaulicht wird: Im ersten Schritt extrahieren Forscher*innen hochwertige pflanzliche Proteine aus den Reststoffen, etwa aus Biertreber oder Kürbiskernpresskuchen. Diese Proteine könnten künftig eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Proteinquellen für die Weiterverarbeitung in der Lebensmittelindustrie bieten.
Im zweiten Schritt werden die verbleibenden Reststoffe fermentiert, um Biogas zu erzeugen. Die Gärreste enthalten essenzielle Pflanzennährstoffe wie Stickstoff, Phosphor und Kalium (NPK). Um diese wertvollen Pflanzennährstoffe optimal zu nutzen werden die flüssigen und festen Bestandteile getrennt und zu Flüssigdünger und Torfersatzstoffen weiterverarbeitet.
In Zusammenarbeit mit den Projektpartner*innen werden die entwickelten Produkte in Praxistests im Gartenbau und der Landwirtschaft untersucht, um das Potenzial dieses Ansatzes für Bodengesundheit und Pflanzenwachstum zu bestätigen. So werden verfügbare Nährstoffe bestmöglich genutzt und der Nährstoffkreislauf geschlossen.
Proteine als Wertstoffe - mit neuen Verfahren der Proteinhydrolyse
An der BOKU werden die Verfahrensparameter für eine optimale Proteinextraktion aus den Reststoffen entwickelt, um Proteine mit hoher Funktionalität gewinnen zu können. Dabei ist unter anderem die Löslichkeit ein essenzieller Parameter, der betrachtet wird. Erste Versuche im Labor zeigten sehr gute Löslichkeiten des Treber-Proteins und hohe Ausbeuten bei ca. 60% Proteingehalt im erzeugten Proteinpulver, beim Kürbiskernpresskuchen konnte eine Proteinkonzentration über 90% erreicht werden, allerdings mit geringerer Ausbeute.
Bereits gewonnene Proteinhydrolysate aus Kürbiskernkuchen und Treber wurden im Technikum der BOKU schon in Extrudate verarbeitet und im Konsortium verkostet. Ein wesentliches technisches Highlight des Projekts ist die Realisierung der Proteinextraktion mittels eines oszillierenden Flow-Bioreaktors (OFR). Dieser ermöglicht eine energieeffiziente, schonende und effiziente Gewinnung pflanzlicher Proteine aus Reststoffen mit der Vision, aus den Reststoffen direkt in einem kontinuierlichen Verfahrensschritt Hydrolysate für die weitere Verarbeitung zu gewinnen. Dabei wird insbesondere darauf geachtet, ob die neuen Reaktoren die Lebensmittelreststoffe in hoher Feststoffkonzentration, ähnlich dem tatsächlichen Anfall, prozessieren können (siehe Abbildung 2). Vorversuche mit Trebern konnten mit Proteingewinnungsraten von 50 bis 80 Prozent im Hydrolysat die Effizienz des Verfahrens bei bis zu 15% Trockensubstanzgehalt bereits bestätigen.
Durch die vorgelagerte Proteinhydrolyse kann die nachfolgende Fermentation aus den verbleibenden Reststoffen schneller ablaufen und führt zu ähnlichen bzw. erhöhten Methanausbeuten (Buchmaier et al., 2024).
Flüssigdünger - biozertifiziert und nachhaltig
Die Flüssigphase der Gärreste bietet die Grundlage für die Entwicklung bio-zertifizierter Flüssigdünger. Für das Projekt wurde der Gärrest der Brauerei Göss in einem großtechnischen Versuch in Fest- und Flüssigphase getrennt und 50 m³ Flüssigphase für Forschungszwecke generiert.
Der neu entwickelte Bio-NPK-Flüssigdünger auf Basis dieses flüssigen Gärrestes wird derzeit auf Versuchsfeldern der Landwirtschaftskammer Steiermark getestet, im Bioanbau bei Frutura im Glashaus für Tomaten und Gurken eingesetzt und von der BOKU wissenschaftlich begleitet. Ziel des nächsten Forschungsjahres ist es, den Einsatz der Membrandestillationstechnologien für die Aufkonzentration des NPK-Düngers bzw. für die Gewinnung eines hochreinen, flüssigen Bio-Stickstoffdüngers zu testen. In der Flüssigdüngerproduktion kommen erstmalig organische Säuren wie Zitronensäure zum Einsatz, die eine Bio-Zertifizierung ermöglichen und die Nachhaltigkeit der Dünger steigern.
Torfersatzstoffe - Kreisläufe schließen und Moore schützen
Parallel entstehen aus den festen Gärresten innovative Torfersatzstoffe und Kultursubstrate, die biozertifizierbar sind. Da Torfabbau zur Zerstörung wertvoller Moorgebiete und massiven CO₂-Emissionen führt, entwickelt CircularFood hier eine nachhaltige Alternative.
Die aus Gärresten und Lebensmittelresten entwickelten Substrate sollen nicht nur die Bodengesundheit und den Humusaufbau fördern, sondern auch einen wichtigen Beitrag zur CO₂-Speicherung im Boden leisten. Im ersten Projektjahr arbeiteten Terra Green und die BOKU Institut für Bodenforschung intensiv an optimalen Mischungen für neuartige Pflanzsubstrate auf Basis von vergorenem Biertreber, wobei bisher eine Mischung aus kompostierten Trebern mit landwirtschaftlichen Abfällen die besten Ergebnisse für die Wurzelbildung gezeigt hat. In Zusammenarbeit mit Gartenbauunternehmen wird die hohe Qualität und Praxistauglichkeit der entwickelten Substrate bestätigt.
Neben technologischen Innovationen legt CircularFood großen Wert auf eine gründliche ökologische und ökonomische Bewertung aller Prozesse mittels Lebenszyklusanalysen (LCA). So können nicht nur Umweltauswirkungen reduziert, sondern auch die Wirtschaftlichkeit neuer Wertstoffkreisläufe bewertet und sichergestellt werden.
Ein starkes Konsortium für nachhaltige Innovation
CircularFood vereint eine breite Expertise aus Forschung und Wirtschaft, um die ambitionierten Ziele zu erreichen. Neben AEE INTEC als Projektleitung sind die Universität für Bodenkultur Wien (Institut für Lebensmitteltechnologie und Institut für Bodenforschung) und das Institut für Industrielle Ökologie wichtige Forschungspartner sowie zahlreiche Unternehmenspartner im Projekt aktiv, darunter Alwera AG, BDI BioLife Science GmbH, BioBASE GmbH, Brau Union Österreich AG mit der Brauerei Göss, Frutura (FZ Development GmbH), ICT Impact GmbH, Josef Manner & Comp. AG, Landwirtschaftskammer Steiermark, Resch & Frisch Holding GmbH, smart bioservices GmbH (Biogest) und die Terra Green GmbH.
CircularFood zeigt, dass Forschung gemeinsam mit innovativen Unternehmen nachhaltige Lösungen hervorbringen kann, die ökologisch und wirtschaftlich überzeugen. Damit möchte das Projekt einen wichtigen Beitrag zu einer zukunftsfähigen und ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft leisten.
Kommentar
Die Josef Manner AG hat sich zum Ziel gesetzt, die Nachhaltigkeit auszubauen und in der Produktion anfallende Lebensmittelreste zu recyceln. Unsere Teilnahme im Projekt „Circular Food“ ermöglicht es, unseren hohen Anspruchen von Ressourcenschonung in allen Bereichen der Produktion gerecht zu werden. Schon beim „Kick-off Meeting“ hat man die Begeisterung aller Projektpartner gespürt, die schnellen und guten Ergebnisse des ersten Projektjahres zeigen die Motivation aller Partner und wir sind zuversichtlich, die gemeinsam gesteckten Ziele im Projekt gut zu erreichen.
Autor*innen
Dipl.-Ing.in Dr.in Bettina Muster-Slawitsch ist Leiterin der Forschungsgruppe „Wasser- und Prozesstechnologien“ bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Dipl.-Ing. Christian Platzer, MSc., Dipl.-Ing.in Judith Buchmaier, Dipl.-Ing. Dr. Christoph Höfer und Dipl.-Ing. Dr. Philipp Petermeier sind wisschenschaftliche Mitarbeiter*innen der Forschungsgruppe "Wasser- und Prozesstechnologien" bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Theresa Plesch, BSc. ist Diplomandin in der Forschungsgruppe „Wasser- und Prozesstechnologien“ bei AEE INTEC.