Abfälle aus der Landwirtschaft können zur Erzeugung von CO2-Zertifikaten genutzt werden.

Orangenschalen, Apfeltrester, Kaffeesatz, Zuckerrohrstroh und Açaí-Samen: Die Umwandlung von Lebensmittelabfällen in erneuerbare Energie ist ein Weg, Umweltbelastungen in Einnahmen zu verwandeln und die Dekarbonisierung voranzutreiben. Um dieses Potenzial sichtbar und für alle zugänglich zu machen, entwickelten Forschende der Staatlichen Universität Campinas (Unicamp) den Biomass_Compensa Calculator, ein Computerprogramm, das sowohl den vermiedenen CO₂-Fußabdruck als auch die potenziell durch die Behandlung agroindustrieller organischer Abfälle generierten CO₂-Zertifikate quantifiziert.

Mit einer intuitiven Benutzeroberfläche und auf wissenschaftlichen Daten basierenden Berechnungen kann die Software von Unternehmen, Ingenieuren, Forschern und allen Interessierten ohne spezielle Fachkenntnisse genutzt werden, um Umweltauswirkungen zu bewerten, CO₂-Zertifikate zu berechnen und Nachhaltigkeitsberichte zu erstellen. Neben der Reduzierung von Zeitaufwand und potenziellen Kosten komplexer Analysen trägt das Tool zur Stärkung von Nachhaltigkeits- und Dekarbonisierungsstrategien bei.

Das Programm ist das Ergebnis eines Projekts des Labors für Bioingenieurwesen, Wasser- und Abfallbehandlung (Biotar) unter der Leitung von Professorin Tânia Forster Carneiro von der Fakultät für Lebensmitteltechnik (FEA) in Zusammenarbeit mit Professor Hudson Giovani Zanin von der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik (FEEC). Beteiligt waren die Forscher Manoel Victor Frutuoso Barrionuevo, Josiel Martins Costa, Larissa Ampese und Henrique Ziero (alle FEA), Eric Gama Felix da Silva (Fakultät für Chemieingenieurwesen (FEQ)) sowie Reinaldo Cesar (Zentrum für Ingenieur- und Erdölstudien – Cepetro).

Von Datenstapeln bis hin zu Online-Kohlenstoffrechnern

Die Technologie entstand aus einer praktischen Beobachtung im Labor. Im Laufe jahrelanger Betreuung von Master- und Doktorarbeiten zur Verwertung organischer Abfälle hat Professorin Tânia Forster eine umfangreiche Datenbank aufgebaut: Experimente mit Apfeltrester, Orangenschalen, Jaboticaba-Schalen, Cambuci-Früchten, Biermalztrester, Geflügelabfällen und sogar Açaí-Samen von Kleinproduzenten in Pará.

Jede Studie berechnete präzise, ​​wie viel Biogas ein bestimmtes Abfallprodukt in einer anaeroben Vergärungsanlage erzeugen würde und wie dieses Biogas in elektrische Energie, Wärme oder Biomethan umgewandelt werden könnte. Die Forscher wiesen jedoch darauf hin, dass diese Ergebnisse ein viel größeres Wirkungspotenzial besitzen, das über den akademischen Bereich hinausreichen könnte. Für sie war es daher strategisch wichtig, dieses technische Wissen in ein zugängliches Werkzeug zu verwandeln, damit der im Labor generierte Nutzen die Gesellschaft auf klare Weise erreichen kann.

„Der Rechner wurde entwickelt, um Daten, die über akademische Abschlussarbeiten verstreut sind, zu zentralisieren. Wenn der Inhaber eines Restaurants, eines kleinen Lebensmittelverarbeitungsbetriebs oder eines Agrarunternehmens die Machbarkeit der Produktion von Biogas und bioelektrischer oder thermischer Energie aus seiner Biomasse beurteilen möchte, bietet das Tool eine schnelle, genaue und wissenschaftlich fundierte Antwort“, erklärt Forster.

Die Lösung bestand darin, all diese wissenschaftlichen Erkenntnisse in einem intuitiven Computerprogramm zusammenzufassen, das frei über das Internet zugänglich ist und weder Installation noch Fachkenntnisse erfordert. Das erste Ergebnis war der Biomass2Biogas-Rechner, eine Software zur Berechnung des Energiepotenzials dieser Reststoffe. Anschließend wurde das Programm erweitert, woraus der Biomass_Compensa-Rechner entstand, der sich ausschließlich auf den CO₂-Fußabdruck und die potenziellen CO₂-Zertifikate konzentriert, die durch die Biomassebehandlung generiert werden.

Zur Entwicklung des Computerprogramms zur Berechnung des CO₂-Fußabdrucks nutzte das Team methodische Referenzen und Äquivalenzmodelle, um Tonnen von Abfall in verständliche Kennzahlen umzurechnen, beispielsweise die Anzahl gepflanzter Bäume, Flugstunden im internationalen Flugverkehr oder die Anzahl der von der Straße genommenen Autos. An der technischen Entwicklung waren Studierende mit ingenieurwissenschaftlichem und programmiertechnischem Hintergrund beteiligt.

Wie funktioniert der Unicamp-CO2-Rechner?

Der Nutzer wählt die Abfallart aus, gibt die zu behandelnde Menge (in Tonnen) ein und erhält sofort eine Schätzung der vermiedenen Emissionen, ausgedrückt in CO₂-Äquivalenten. Zusätzlich wird ihm eine Schätzung der generierten CO₂-Zertifikate angezeigt. Aktuell umfasst das System Abfälle wie Apfeltrester, Orangenschalen, Zuckerrohr, Açaí-Samen und Nebenprodukte der Kaffeeindustrie. Weitere Vergleiche im Rechner zeigen, wie viele Autos von den Straßen genommen, wie viele Stunden internationaler Flüge eingespart oder wie viele Bäume gepflanzt werden müssten, um denselben Effekt zu erzielen.

Die Aufbereitung der Abfälle und die Umwandlung des entstehenden Methangases in Energie, so erklärt der Forscher, führt zu einer deutlich höheren CO₂-Gutschrift als die konventionelle Aufforstung. Schließlich ist Methan das Hauptbiogas, das bei der anaeroben Zersetzung organischer Stoffe auf Deponien entsteht, und hat, betrachtet man die Auswirkungen über 100 Jahre (GWP100), ein etwa 29-mal höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid.

„Durch die Abfallbehandlung wird die Freisetzung von Methan in die Atmosphäre verhindert. Dies kann zu einem dauerhaften CO₂-Zertifikat führen, das aus technischer Sicht kostengünstiger ist als das Pflanzen von Bäumen. Methan hat nämlich ein etwa 29-mal höheres Treibhauspotenzial als CO₂, und die Quantifizierung des vermiedenen Methans ist technologisch präziser als die durch Baumpflanzungen. Der Name des Rechners, ‚Biomasse zahlt sich aus‘, hat daher eine doppelte Bedeutung: Die Abfallbehandlung lohnt sich, und sie ist rentabler als andere Formen von CO₂-Zertifikaten“, erklärt der Professor.

Eine Marktlücke: landwirtschaftliche Abfälle.

Das Alleinstellungsmerkmal des Biomassa_Compensa-Rechners im Vergleich zu anderer auf dem Markt erhältlicher Software ist sein spezifischer Fokus: Restbiomasse aus der Lebensmittelverarbeitungsindustrie, wie z. B. Fruchtschalen, Samen und Bagasse, schließt damit eine Lücke, die andere Rechner hinterlassen, die sich eher auf tierische Abfälle, Biokraftstoffe und landwirtschaftliche Rohstoffe konzentrieren.

Für die Industrie kann das Tool als Entscheidungshilfe für Investitionen in die Aufbereitungsinfrastruktur dienen. Indem es visualisiert, dass Zuckerrohrbagasse oder Abfälle aus der Kaffeeproduktion zu finanziellen Vermögenswerten werden können – sei es durch den Kohlenstoffmarkt oder durch Einsparungen bei den Energiekosten –, erkennen Unternehmen die wirtschaftliche Rentabilität umweltverträglicher Praktiken.

Darüber hinaus trägt die Technologie einem regulatorischen Bedarf Rechnung. Aktuell landet der Großteil der Abfälle aus der Lebensmittelverarbeitung auf Deponien. Professor Tânia schätzt, dass sich die Situation mit fortschreitenden Umweltauflagen und strengeren Vorschriften für die Deponierung organischer Abfälle grundlegend ändern wird.

„Die Lebensmittelindustrie erzeugt in ihren Produktionsprozessen enorme Mengen an Biomasse. Mit den künftigen Beschränkungen für die Deponierung dieser Abfälle wird es einen Boom bei Investitionen in CO₂-Zertifikate geben. Technologien wie Kompostierung und anaerobe Vergärung werden für die Aufbereitung und den Übergang zur Biokraftstoffproduktion entscheidend sein. Genau in diesem Szenario macht unser Rechner einen Unterschied“, so seine Einschätzung.

Die potenziellen Auswirkungen reichen von großen Fruchtfleischbetrieben, die täglich tonnenweise Schalen produzieren, bis hin zu Restaurants, kleinen Agrarbetrieben und ländlichen Erzeugern, die Rohstoffe lokal verarbeiten. Für ein mittelgroßes Restaurant oder eine Saftgenossenschaft kann der Rechner beispielsweise aufzeigen, ob sich die Investition in eine Biogasanlage aufgrund des anfallenden Abfallvolumens lohnt und wie viel Strom oder Gas das System produzieren würde.

Offene Technologie für Erweiterungen verfügbar.

Die Rechner Biomass_Compensation und Biomass2Biogas sind derzeit auf der Website des Biotar-Labors öffentlich zugänglich. Für Nachhaltigkeitsmanager, Verantwortliche für Emissionsinventare und Fachleute im Bereich CO₂-Zertifikate bietet Biomass_Compensation ein schnelles und wissenschaftlich fundiertes Screening-Tool zur Bewertung des Verwertungspotenzials von Restbiomasse und ermöglicht so fundiertere Investitionsentscheidungen.

Für Unternehmen, die die Software mit eigenen Daten anpassen, die Liste der analysierten Abfallstoffe erweitern oder das Tool in ihre Umweltmanagementsysteme integrieren möchten, ist die Technologielizenzierung der empfohlene Ansatz. Der Technologietransfer wird von der Innovationsagentur Inova Unicamp begleitet.

Laut Projektkoordinator besteht Interesse an neuen Kooperationen, die es ermöglichen würden, die Reichweite der Rechner zu erweitern und Fachkräfte auszubilden, die in der Lage sind, den Energie- und Umweltwandel im Land voranzutreiben.

„Wenn ein Unternehmen an einer speziell auf seine Abfallstoffe zugeschnittenen Version des Rechners interessiert ist, beispielsweise an Bananenschalen oder Abfällen einer bestimmten Frucht, können wir besprechen, wie wir das entwickeln können“, sagt Forster.

Wie man eine Technologie bei Unicamp lizenziert

Inova präsentiert im Technologieportfolio von Unicamp innovative Technologien. Unternehmen sowie öffentliche und private Institutionen können die in Unicamp entwickelten geistigen Eigentumsrechte – wie Patente, Pflanzensorten, Marken, Computerprogramme und Know-how – mit oder ohne Exklusivitätsrechte lizenzieren. Anfragen sind über das Formular „Kontaktaufnahme mit Unternehmen“ einzureichen. Weitere Informationen zu Lizenzierungsfällen von Unicamp-Technologien finden Sie auf der Inova-Website.