Horn, RaimundRaimundHorn128669470Wesinger, StefanieStefanieWesinger2026-04-272026-04-272026-03-30Technische Universität Hamburg (2026)https://hdl.handle.net/11420/62778This dissertation deals with the utilization of various biomass using polyoxometalate (POM) catalysts. Formic acid as well as its derivatives and solid valuable products like proteins from the ProFA process and cellulose from the POM-ionosolv process were produced. The solid value products depended on the starting biomass used. A cellulose-rich solid was produced from lignocellulosic biomass and a protein-rich solid from algae-based biomass. The first part of the dissertation deals with the production of cellulose-rich solids and formic acid or its derivatives. For this purpose, the lignocellulosic biomass was first fractionated using different methods (organosolv and ionosolv) which were subsequently compared with regard to further oxidation using POM catalysts. The ionosolv method proved to be a promising method as more formic acid could be produced. Using a tributylmethylphosphonium methylsulfate ionic liquid (IL) and methanol as co-solvent, a white, cellulose-rich solid with over 90 % glucan was successfully produced. Furthermore, the production of formic acid/formic acid derivatives using POM catalysts in different solvents was investigated. In particular, the solvent-catalyst interaction of the solvent best suited for the production of cellulose-rich solids was investigated using various analytical techniques. It was found that a POM-IL salt forms in the IL/methanol solvent in-situ, which has different selectivities to methyl formate as a formic acid derivative depending on the IL. In the second part of the dissertation, the production of protein-rich solids from macroalgae was investigated using the OxFA (Oxidation of lignocellulosic biomass to formic acid) process. Different types of macroalgae (red algae (Porphyra dioica), brown algae (Fucus vesiculosus) and green algae (Ulva fenestrata)) as well as two different POM catalysts (H5PV2Mo10O40 and H8PV5Mo7O40) were screened. Applying the most promising combination, Porphyra dioica and H5PV2Mo10O40, an optimization study was performed using a Box-Behnken Design of Experiments. This allowed the formic acid yield to be increased from 8.6 % to 16.4 % in combination enabling a protein recovery of 59.5 %. In order to further increase the protein recovery, three promising extraction methods (alkali hydrolysis, ultrasound-assisted extraction and IL extraction) were tested and optimized. Ultrasoundassisted extraction was identified as the best method enabling a protein recovery of 87.2 %. The findings of this dissertation have helped to evaluate the possibilities of POM catalysts in biorefinery-like concepts and to further develop these concepts.Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Nutzung von verschiedenen Biomassen in Kombination mit Polyoxometallat (POM) Katalysatoren. Hierbei wurden sowohl Ameisensäure als auch ihre Derivate und ein festes Wertprodukt hergestellt. Die festen Wertprodukte ergaben sich nach der eingesetzten Ausgangsbiomasse. Bei lignocellulotischer Biomasse wurde ein cellulose-reicher Feststoff hergestellt und bei algen-basierter Biomasse ein proteinreicher Feststoff. Der erste Teil der Dissertation beschäftigt sich mit der Herstellung von cellulose-reichem Feststoff und Ameisensäure/Ameisensäure-Derivaten. Hierzu wurde zunächst die lignocellulotische Biomasse mit verschiedenen Methoden (organosolv und ionosolv) fraktioniert und diese in Hinblick auf die weitere Oxidation mit POM Katalysatoren verglichen. Hierbei stellte sich die ionosolv Methode als vielversprechende Methode heraus, da mehr Ameisensäure produziert wurde. Mit Hilfe einer Tributylmethylphosphoniummethylsulfat IL (ionische Flüssigkeit) und Methanol als Co-Lösungsmittel konnte ein weißer, cellulose-reicher Feststoff mit über 90 % Glucan hergestellt werden. Im Weiteren wurde die Produktion von Ameisensäure/Ameisensäurederivaten mit Hilfe von POM Katalysatoren in unterschiedlichen Lösungsmitteln untersucht. Hierbei wurde im besonderen auch die Lösungsmittel-Katalysator-Interaktion des für die Produktion von cellulose-reichem Feststoff am besten geeingeten Lösungsmittels mit Hilfe verschiedener Analytikmethoden untersucht. Es stellte sich heraus, dass sich im IL/Methanol-Lösungsmittel in-situ ein POM-IL Salz bildet, welches je nach IL unterschiedliche Selektivitäten zu Methylformiat als Ameisensäure-Derivat aufwies. Im zweiten Teil der Dissertation wurde die Herstellung von protein-reichem Feststoff aus Makroalgen mit Hilfe des OxFA Prozesses (Oxidation von lignocellulotischer Biomasse zu Ameisensäure (engl. formic acid)) untersucht. Hierbei wurden verschiedene Makroalgentypen (Rotalge (Porphyra dioica), Braunalge (Fucus vesiculosus) und Grünalge (Ulva fenestrata)) und zwei POM-Katalysatoren (H5PV2Mo10O40 und H8PV5Mo7O40) getestet. Mit der vielversprechendsten Kombination, Porphyra dioica und H5PV2Mo10O40, wurde eine Optimierungsstudie mit Hilfe eines Box-Behnken Design of Experiments durchgeführt. Dadurch konnte die Ameisensäureausbeute von 8,6 % auf 16,4 % in Kombination mit einer Proteinrückgewinnung von 59,5 % gesteigert werden. Um die Proteinrückgewinnung weiter steigern zu können, wurde ein Screening und eine Optimierung von drei vielversprechenden Extraktionsmethoden (Alkalihydrolyse, Ultraschall-unterstütze Extraktion und IL Extraktion) durchgeführt. Hierbei wurde die Ultraschall-unterstütze Extraktion mit einer Proteinrückgewinnung von 87,2 % als beste Methode identifiziert. Die Erkenntnisse dieser Dissertation haben dazu beigetragen die Möglichkeiten von POMKatalysatoren in Bioraffinerie-ähnlichen Konzepten zu evaluieren und weiterzuentwickeln.enhttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/lignocellulosic biomassalgal biomasspolyoxometalatesformic acidvalorizationTechnology::660: Chemistry; Chemical Engineering::660.6: BiotechnologyNatural Sciences and Mathematics::Natural Sciences and Mathematics::540: ChemistryTechnology::660: Chemistry; Chemical Engineering::660.6: BiotechnologyTechnology::660: Chemistry; Chemical EngineeringDoctoral Thesishttps://doi.org/10.15480/882.1699910.15480/882.16999Albert, JakobJakobAlbertHallett, JasonJasonHallett