Grüne Chemie: Bio-basierte Polymere auf dem Vormarsch Angriff auf den 51-Milliarden-Dollar-Markt: Neuentwicklungen zur „Grünen Chemie“

Redakteur: Dominik Stephan

Die „grüne Chemie“ mit Produkten auf Basis nachwachsender Rohstoffe ist auf dem Vormarsch: Experten erwarten, dass sich das Marktvolumen bis 2020 beinahe verdoppelt. Entsprechend eifrig sind Forschung und Industrie dabei, Lösungen und Produkte für Chemie, Kunststoffindustrie, Pharma und Healthcare oder die Umwelttechnik zu entwickeln.

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Für SAS Pivert hat DDPS eine Pilot-Biomasseanlage für die Verarbeitung von Ölsaaten, bestehend aus enem Druckbehälter, einer Destillationskolonne für die kontinuierliche Vakuum-Destillation, einer Einheit für die Speicherung des abgeschiedenen Kondensats sowie den dazugehörenden Peripherieanlagen in Sid-Bauweise entwickelt.
Für SAS Pivert hat DDPS eine Pilot-Biomasseanlage für die Verarbeitung von Ölsaaten, bestehend aus enem Druckbehälter, einer Destillationskolonne für die kontinuierliche Vakuum-Destillation, einer Einheit für die Speicherung des abgeschiedenen Kondensats sowie den dazugehörenden Peripherieanlagen in Sid-Bauweise entwickelt.
(Bild: De Dietrich)

Laut einer Studie von McKinsey & Company ist zu erwarten, dass der Umsatz an biobasierten Produkten von 27,6 Milliarden Dollar im Jahre 2010 auf 51,1 Milliarden Dollar im Jahre 2020 steigen wird. Die französische Association for Plant-Based Chemistry (ACDV – Gesellschaft für pflanzliche Chemieprodukte) bekräftigte unlängst, dass die französische Chemieindustrie bis 2020 die Menge an jährlich in Frankreich produzierten pflanzenbasierten Grundstoffen verdoppeln will. Viele andere Länder verfolgen ähnliche Ziele.

Und auch die Umsetzung entsprechender Konzepte nimmt endlich Fahrt auf: So setzt Dietrich Process Systems (DDPS) mit der Gründung einer firmeneigenen Organisation voll auf das Wachstumspotential pflanzenbasierter Stoffe. Dabei beliefert DDPS eine Reihe von Unternehmen in der Lebensmittel-, Gesundheits-, Kosmetik- und Biowerkstoffindustrie mit den unterschiedlichsten kundenindividuellen Turn-Key-Lösungen zur Extraktion und Aufbereitung der in Biomasse enthaltenen natürlichen Inhaltsstoffe.

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Dabei nutzt das Unternehmen Verfahren wie die Fest-Flüssig-Extraktion und die Flüssig-Flüssig-Extraktion, die Vakuum-Verdampfung und -Konzentration, die Fraktionierte Destillation, die Filtration, die Trocknung, die Hydrodestillation und die molekulare Destillation.

Durch spezialisierte Simulations- und Testverfahren werden die Definition und Optimierung der Betriebsparameter während der Projektanlaufphase erleichtert. Mit der firmeneigenen Produktion und der Einbeziehung der vorhandenen Ressourcen kann das Unternehmen auch große Industrieprojekte erfolgreich umsetzen.

So hat DDPS erst kürzlich einen Vertriebsstandort in Grasse/Frankreich eröffnet Zudem unterhält das Unternehmen Entwicklungsabteilungen in Europa (Barcelona/Spanien, Zinswiller/Frankreich, Mainz/Deutschland), den USA (Charlotte/North Carolina) und Asien (Wuxi/China, Rabale/Indien und Singapur).

De Dietrich schreibt sich Green Chemistry auf die Fahnen

Ebenfalls in Frankreich haben die Bioprozess-Spezialisten für SAS Pivert eine Pilot-Biomasseanlage für die Verarbeitung von Ölsaaten in Compiègne entwickelt. Diese besteht aus einem Druckbehälter, einer Destillationskolonne für die kontinuierliche Vakuum-Destillation, einer Einheit für die Speicherung des abgeschiedenen Kondensats sowie den dazugehörenden Peripherieanlagen (je eine Skid-Anlage für die Vakuum-Behandlung und die thermische Behandlung der Ölsaat, Förderpumpen, Tragkonstruktionen). Ergänzt wird das gesamte System durch eine Skid-Anlage zur Vakuumtrocknung der Ölsaat (Pfannentrockner) mit automatischer Feststoffbeförderung.

Auch beim Thema Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen ist das Potenzial gewaltig: So schränken immer mehr Länder die Nutzung von Plastiktüten wie den beliebten Einwegtragetaschen aus Polyethylen aus Umweltschutzgründen ein – doch machen Sie meist Ausnahmen für Tragetaschen aus Biokunststoffen. Dabei handelt es sich um Kunststoffe, die entweder aus nachwachsenden Rohstoffen (z.B. Maisstärke) hergestellt werden oder zumindest biologisch abbaubar sind.

Die Bedeutung und öffentliche Wahrnehmung dieses „grünen Plastiks“ ist in den letzten Jahren deutlich gestiegen, meinen die Branchenexperten von Ceresana. Im Frühjahr 2017 hat sich die EU-Kommission noch einmal explizit positiv zum Einsatz von Biokunststoffen im Bereich von Verpackungen oder auch Tragetaschen geäußert.

Wo sind die Stolpersteine?

Doch auch wenn sich der Markt in den vergangenen Jahren sehr dynamisch entwickelt hat, seien Biokunststoffe allein jedoch nicht die ultimative und ökologisch einwandfreie Lösung, die lange propagiert wurde, so die Analysten. Beispielsweise verläuft die Kompostierung von Biokunststoffen in den gängigen Anlagen noch immer nicht reibungslos.

Auf ein ganz anderes Anwendungsgebiet für Biokunststoffe zielt die Zusammenarbeit von Akzo Nobel Specialty Chemicals mit den italienischen Polymer-Experten Itaconicx: Gemeinsam wollen die Firmen bio-basierte Polymere entwickeln, die Akzos Expertise in Sachen Kunststoffadditive mit Bio-Polymeren der Italiener kombinieren.

„Wir freuen uns, die ersten Vereinbarungen zur Entwicklung dieser Polymere für den Markt bekannt geben zu können“, erklärte Akzo Nobel Specialty Chemicals RD&I-Direktor Peter Nieuwenhuizen auf dem Bio World Kongress in Montreal, Kanada.
„Wir freuen uns, die ersten Vereinbarungen zur Entwicklung dieser Polymere für den Markt bekannt geben zu können“, erklärte Akzo Nobel Specialty Chemicals RD&I-Direktor Peter Nieuwenhuizen auf dem Bio World Kongress in Montreal, Kanada.
(Bild: Akzo Nobel)

Mehr als nur Beschichtungen

Als besonders vielversprechende Anwendungsfelder gelten Beschichtungen und Bauchemikalien, erklärten die beiden Partner. Itaconicx entwickelt Bio-Polymere auf Basis von Itaconsäure, einer organischen Dicarbonsäure, die bei der Destillation von Zitronensäure entsteht.

„Wir freuen uns, die ersten Vereinbarungen zur Entwicklung dieser Polymere für den Markt bekannt geben zu können“, erklärte Akzo Nobel Specialty Chemicals RD&I-Direktor Peter Nieuwenhuizen auf dem Bio World Kongress in Montreal, Kanada. „Bio-basierte Polymere haben neben der Nutzung für Beschichtungen und Bauchemikalien ein großes Potenzial in anderen Industriebereichen, wie der Wasseraufbereitung, Reinigungsmitteln oder Hygiene-Produkten.“

Ebenfalls im Personal-Care-Bereich angesiedelt ist die neue Entwicklung der Firma Rettenmaier & Söhne, die in einem Forschungsprojekt nach neuen und optimierten Rezepturen für biobasierte Verdicker suchen. Verdicker erhöhen die Viskosität und verringern damit die Fließfähigkeit von Flüssigkeiten, machen diese also zähflüssiger. In der Kosmetikindustrie werden jährlich weit über 10.000 Tonnen synthetische Verdicker, häufig Polyacrylate, mit einem Marktvolumen von über 100 Millionen Euro eingesetzt.

Die Naturkosmetikbranche verwendet bereits natürliche oder modifizierte natürliche Verdicker wie z. B. Xanthan, Guar oder Cellulosederivate in gewissem Umfang, diese erreichen jedoch bei weitem nicht die hohen Viskositäten der Polyacrylate und sind zudem weniger transparent. Allerdings verzeichnet die Naturkosmetikbranche starke Wachstumsraten, damit steigt auch der Bedarf an verbesserten biobasierten Produkten.

Grüne Chemie im Härtetest

Die Wissenschaftler testeten neue biogene Rohstoffe sowie unterschiedliche Kombinationen aus neuen und markteingeführten biogenen Rohstoffen mit der Hypothese, dass in Mischungen Synergieeffekte die Viskosität erhöhen könnten. Im Ergebnis ließ sich die Viskosität bei den Mischungen im Vergleich zu den Einzelsubstanzen in vielen Fällen tatsächlich etwas steigern.

Bei Compounds aus zwei Komponenten wurden die besten Ergebnisse mit Kombinationen erzielt, die mindestens 80 Prozent Guar oder Methylcellulose (MC) und kleinere Zusätze eines weiteren Verdickers enthielten. Bei Compounds aus drei Komponenten erzielten Guar und Methylcellulose in Kombination mit geringen Anteilen eines weiteren Verdickers die besten Ergebnisse.

Noch Luft nach oben

Die Viskosität fossil-basierter Referenzprodukte konnten aber auch diese Kandidaten noch nicht erreichen. Entwicklungsbedarf besteht außerdem noch bei der Temperaturstabilität und den subjektiven sensorischen Eigenschaften, hier müssen die pflanzlichen Verdicker in punkto angenehmem Hautgefühl und guter Verteilbarkeit noch verbessert werden. Bei der Stabilität gegenüber Elektrolyten (Salz), Tensiden und verschiedenen pH-Werten wiesen die pflanzlichen Varianten hingegen bessere Werte als Polyacrylat auf.

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