Unser Projekt
Risiken der Soja Importe
- Importiertes Sojaschrot macht 29 % des Rohproteins für Tierfutter in der EU aus, während die gesamte inländische Produktion von Proteinfuttermitteln für Tiere 3 % beträgt (2019). Die deutsche Tierhaltung ist in hohem Maße von der Einfuhr von Sojabohnen und Sojaprodukten abhängig, da die heimische Produktion die Nachfrage nicht decken kann.
- Im Jahr 2020 lieferte Brasilien 52 % der gesamten importierten Sojaprodukte in die EU (44 % in Deutschland). Der Anstieg der Sojaexporte aus Brasilien hat die Abholzung des Regenwaldes beschleunigt.
- Mögliche Unterbrechungen der globalen Lieferketten (oder Ernteausfälle) können zu Engpässen oder einem Preisanstieg bei Tierfutter führen. Eine solche Situation stellt eine Gefahr für die Tierhalter in Europa dar.
Lokale Umweltauswirkungen
- Nur ein Teil des Eiweißes, das die Tiere benötigen, wird in ihre Körpermasse umgewandelt. Der Rest der Proteine wird in Form von stickstoffreichem Dung freigesetzt. Dieser wird dann direkt oder indirekt (Biogasgärreste) als Düngemittel auf die lokalen Felder ausgebracht.
- Eine solche Situation führt zu einer erhöhten Stickstoffanreicherung. Anschließend werden die Stickstoffablagerungen in das Grundwasser ausgewaschen, was zu Umweltrisiken führt (z.B. Eutrophierung von Wasserreservoirs).
- Der starke Stickstoffüberschuss ist in den Teilen Deutschlands zu beobachten, in denen die Tierhaltung am stärksten ausgeprägt ist (so genannte "rote Zonen"). Die wiederholte Verwendung von importierten Sojaprodukten als Tierfutter ist ein Teil dieses Problems.
Potenzial von Grünland-Proteinen
- Allein in Deutschland gibt es 4,7 Mio. ha Grünland, das bei extensiver Bewirtschaftung zwischen 1,2-1,5 Rohprotein pro ha liefern kann. Unter Berücksichtigung des geringsten Ertrages sind das theoretisch ca. 5,6 Mio. t Rohprotein, die in der Tierhaltung genutzt werden können.
- Deutschland wird im Jahr 2021 3,6 Mio. Tonnen Sojabohnen importieren. Wenn man davon ausgeht, dass Sojabohnen einen Rohproteingehalt von 40 Gew.-% haben, entspricht dies ca. 1,5 Mio. Tonnen Rohprotein, die importiert wurden.
- Das Grünland kann theoretisch den Bedarf an aus dem Ausland importierten Proteinen decken. Die Hürde, die es zu überwinden gilt, ist die effiziente Gewinnung der Proteine aus dem Grünland und ihre Aufbereitung für den Ersatz von Soja.
Umfang
- Entwicklung einer technologische Lösung für die Herstellung von proteinreichen Produkten aus Gras für die Fütterung von Nicht-Wiederkäuern wie Schweinen und Hühnern, für die Sojaprodukte die Hauptproteinquelle darstellen. Dadurch soll die Unabhängigkeit von Sojaimporten erhöht werden.
- Mit dieser Lösung könnte das lokale Grasland für die Produktion von Futtermitteln für Wiederkäuer und Nichtwiederkäuer genutzt werden. Außerdem sollten alle Nebenprodukte der Produktion verwertet werden, um die wirtschaftliche Machbarkeit des Prozesses zu maximieren.
- Die lokalen Stickstoffkreisläufe werden geschlossen, indem der Zufluss von Proteinen aus Soja verhindert wird. Die Grünlandflächen werden mit dem auf ihnen vorkommenden Stickstoff gedüngt, sodass eine übermäßige Stickstoffanreicherung verhindert wird.
Ziele
- Nur ein Teil des Eiweißes, das die Tiere benötigen, wird in ihre Körpermasse umgewandelt. Der Rest der Proteine wird in Form von stickstoffreichem Dung freigesetzt. Dieser wird dann direkt oder indirekt (Biogasgärreste) als Düngemittel auf die lokalen Felder ausgebracht.
- Eine solche Situation führt zu einer erhöhten Stickstoffanreicherung. Anschließend werden die Stickstoffablagerungen in das Grundwasser ausgewaschen, was zu Umweltrisiken führt (z.B. Eutrophierung von Wasserreservoirs).
- Der starke Stickstoffüberschuss ist in den Teilen Deutschlands zu beobachten, in denen die Tierhaltung am stärksten ausgeprägt ist (so genannte "rote Zonen"). Die wiederholte Verwendung von importierten Sojaprodukten als Tierfutter ist ein Teil dieses Problems.
- Bei unserer Lösung wird das Gras von der Wiese zu einem proteinreichen Extrakt verarbeitet, der als Futtermittel für Nicht-Wiederkäuer verwendet werden kann. Auf diese Weise könnte der Einsatz von Soja in der Hühner- und Schweinehaltung deutlich reduziert werden.
- Stickstoff in Form von Proteinverdauungsrückständen könnte in der Biogasanlage aufbereitet werden, wobei das Produkt (Gärrest) als Dünger auf einem lokalen Feld verwendet wird. Durch die Beseitigung des Stickstoffzuflusses in Form der importierten Sojaproteine kann der Stickstoffkreislauf in der lokalen Umgebung erhalten werden.
- Die Lösung setzt keine Konkurrenz der Nutzung des Wiesengrases mit der Fütterung der Wiederkäuer voraus. Diese Tiere können weiterhin mit dem Nebenstromprotein aus dem Proteinextraktionsprozess gefüttert werden. Außerdem kann eine solche Verwendung des Nebenprodukts zur Verringerung der Stickstoffemissionen durch die Wiederkäuerhaltung beitragen.
Das Verfahren wurde von uns im Labormaßstab (TRL 3) entwickelt und wird derzeit im Technikumsmaßstab (TLR 6) durchgeführt. Bei der Entwicklung des technologischen Konzepts haben wir uns von zwei Hauptideen leiten lassen, dem "Null-Abfall-Ansatz" und der "Schönheit in der Einfachheit", die die Bedürfnisse des On-Farm-Verarbeitungsansatzes gut repräsentieren.
Das Verfahren umfasst 3 Hauptschritte
- Mechanisches Pressen des Grases, um den (proteinreichen) Grassaft zu gewinnen. Das Verfahren ähnelt der mechanischen Entwässerung von Biomasse oder der Ölgewinnung aus Sonnenblumenkernen. Zunächst wird die frisch geerntete Biomasse in die Schneckenpresse gegeben. Durch Kontraktionskräfte wird der Saft aus der fasrigen Struktur getrennt und anschließend aufgefangen. Das Nebenprodukt ist Presskuchen, dieser stellt einen Wertstoff dar.
- Dem proteinreichen Grünsaft, der in einem Tank mit Mischer gesammelt wird, wird eine organische und umweltfreundliche Säure zugesetzt. Die Säure bewirkt die Bindung der im Saft gelösten Proteinpartikel und deren Ausfällung. Der Prozess ähnelt der Herstellung von Ricotta-Käse aus Milch. Der Mischer rührt die Mischung, um sie homogen zu halten, bevor sie in den Separator eine Dekanterzentrifuge gepumpt wird. In der Zentrifuge werden die ausgefällten Proteine aus dem Saft getrennt und in Form einer Paste freigesetzt. Ein brauner Saft, proteinarmer und zuckerhaltiger Saft bleibt als Nebenprodukt übrig. Dieser kann zusätzlich aufgewertet werden.
- Die aus dem Gras gewonnene proteinreiche Paste wird dann dem Trockner zugeführt in dem die Restwassermenge entfernt wird.
Produktqualität
- Grünland-Proteinextrakt hatten eine Rohprotein-Konzentration von 32 - 40 % in der Trockenmasse. Bemerkenswert ist das Aminosäuremuster, das mit 5,6 - 6,0 g Lysin/100 g Rohprotein und 2,8 - 3,0 g Methionin + Cystein/100 g Rohprotein nur knapp unter dem ist, was man üblicherweise bei Soja findet.
- Mit etwa 7 % Zucker und 6 % Fettsäuren in der Trockenmasse wird es wohl auch für die Energieversorgung der Tiere einen relevanten Beitrag leisten.
Valorisierung von Nebenprodukten
- Das erste Nebenprodukt, der Presskuchen, ist sehr geeignetes Material für die Silierung und die Weiterverwendung in der Biogasanlage, da er stark entwässert ist, sodass seine Lagerung viel weniger Platz benötigt (pro Trockenmasse). Außerdem enthält der Presskuchen noch 2/3 der ursprünglichen Proteine des Grases, sodass die daraus gewonnene Silage ein sehr geeignetes Futtermittel für Wiederkäuer ist. Ein neuartiger Ansatz zur Aufwertung des Presskuchens ist die Verwendung seines Faseranteils für die Herstellung von "Graspapier", das im Vergleich zu herkömmlichem Papier einen viel geringeren Kohlenstoff-Fußabdruck aufweist.
- Das zweite Nebenprodukt, der eiweißarme Saft (brauner Saft), ist eine Flüssigkeit mit einem hohen Gehalt an einfachen Zuckern (zwischen 5 - 10 Gew.% je nach Jahreszeit). Daher ist er ein hervorragendes Futtermittel für den Fermentationsprozess zu Bioethanol. Auch für die Biogasanlage wäre der braune Saft eine Quelle für leicht verdauliche Zucker, die den Prozess der Biomethanproduktion verbessern. Wir analysieren derzeit, wie viel Biomethan daraus gewonnen werden kann. In unserer Forschungseinrichtung untersuchen wir intensiv die potenzielle Verwendung von braunem Saft als Ausgangstoff für die Umwandlung in eine Plattformchemikalie (HMF-5) für die Herstellung von biobasiertem Kunststoff (PEF) als Ersatz für PET.
