Um die nachhaltige Umstellung der chemischen Industrie auf eine Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen, müssen fossile Ressourcen unbedingt durch Biomasse oder Abfälle als Substrate ersetzt werden. Eine besondere Herausforderung bei dieser Umwandlung ist die Sicherstellung der Verfügbarkeit wichtiger chemischer Zwischenprodukte, die für die Herstellung einer Vielzahl der verschiedenen Endprodukte erforderlich sind. Da sich die chemische Zusammensetzung von Biomasse oder Abfallsubstraten erheblich von der fossiler Ressourcen unterscheidet, haben sie unterschiedliche privilegierte Strukturen, weshalb es gravierende Unterschiede gibt, welche Intermediate aus diesen Substraten hergestellt werden können Eine besondere Herausforderung bei der Umwandlung Biomasse oder Abfällen ist die Gewinnung der zentralen C3-Verbindungen Propylen und Propan, die für die chemische Industrie unerlässlich sind.

Daher werden neuartige, nachhaltige Verfahrenskonzepte benötigt, die die Umwandlung von biobasierten Ressourcen in eben diese C3-Verbindungen ermöglichen. Ziel dieses Projekts ist es, ein innovatives Verfahren zu entwickeln, das biochemische und elektrokatalytische Reaktionsschritte koppelt und die Umwandlung von biobasierten Substraten (Holz, Lebensmittelabfälle) in Propylen oder Propan ermöglicht.

Die Kopplung von Bio- und Elektrokatalyse ermöglicht die Nutzung milder Reaktionsbedingungen, die im Vergleich zu herkömmlichen thermischen Verfahren weniger energieintensiv sind.

Neben der verbesserten Nachhaltigkeit des gekoppelten Prozesses besteht eine weitere bedeutende Innovation in der Möglichkeit, durch Anpassung des biokatalytischen Schritts verschiedene Ausgangsstoffe umzuwandeln. Neben den C3-Zielprodukten wird das Verfahren auch Wasserstoff als wertvolles Nebenprodukt aus der Elektrolyse herstellen.

Die Substratflexibilität und der modulare Charakter des Prozesses ermöglichen seine Umsetzung in verschiedenen Wertschöpfungsketten (chemische Industrie, Biomasseverarbeitung oder Abfallverwertungssektor).

Das wichtigste Ergebnis des Projekts ist der gekoppelte bio-elektrochemische Prozess zur Umwandlung verschiedener biobasierter Substrate in Propylen oder Propan. 

Dazu gehört ein verbesserter biokatalytischer Reaktionsschritt zur Umwandlung von Abfallsubstraten zu Buttersäure, als zentralem Zwischenprodukt. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Reaktionsbedingungen der Biokatalyse mit der nachgeschalteten Elektrokatalyse kompatibel sind, wobei das Reaktionsmedium und die Salzbelastung zu berücksichtigen sind.

Die Ermittlung der Struktur-Aktivitäts-Beziehungen für den elektrokatalytischen Schritt wird die Entwicklung verbesserter Elektrodenmaterialien für die Umwandlung von Buttersäure in Propylen (oder Propan) mit höherer Stabilität und Produktselektivität ermöglichen.

Der gekoppelte Prozess soll dann für die Umwandlung relevanter Substrate demonstriert werden, und es sollen Konzepte für die Umsetzung in relevanten industriellen Wertschöpfungsketten entwickelt werden (auf der Grundlage von Lebenszyklus- und techno-ökonomischen Analysen).