Kautschuk und Polymere sind in nahezu allen Industrien zu Hause, auch und gerade wo man sie nicht sieht: Als Beschichtungen, Träger- und Bindemittel werden sie in der Herstellung von Papier, Karton und Baumaterialien gebraucht. Ausgangsprodukt für die meisten synthetischen Gummis ist Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), ein Copolymer von dem Jahr für Jahr über fünf Millionen Tonnen produziert werden. Ausgangsstoff für die Produktion von SBR ist 1,3-Butadien und Styrol, zwei typische Cracker-produkte. Während etwa die Hälfte der weltweiten SBR-Produktion als Rohstoff für Autoreifen genutzt wird, kommen synthetische Kautschuke auch als ‚Binder‘ für Glanzdrucke auf Papier oder Karton zum Einsatz.

Genau hier setzt das Unternehmen Eco Synthetix an: Die Kanadier stellen eine Reihe von Biopolymeren her, die SBR-Kautschuke in einer Vielzahl von Anwendungen ersetzen können, ob als Bindemittel in der Papier und Zellstoffproduktion oder als Harze für Baumaterialien. Schon heute verkauft Ecosynthtix biobasierte Kunststoffe für 20 Millionen US-Dollar pro Jahr. Herzstück der Produktion ist ein reaktiver Extruder, in dem die kristalline Polymerstruktur der Kohlenhydrate aufgebrochen wird. Das Produkt, das ohne chemische Lösungsmittel auskommt, ist nicht nur besonders sauber sondern auch biologisch abbaubar.

Chemikalien auf Bio-Basis sind häufig vergleichsweise aufwändig herzustellen und entsprechend teuer – das macht sie als Spezialisten für Nischenprodukte attraktiv, stand aber bisher dem großen Durchbruch im Massenmarkt entgegen. Wenn es gelingen würde, Grundstoffe im Millionen-Tonnen-Maßstab nicht aus Rohöl-Produkten sondern nachwachsenden Rohstoffen zu einem konkurrenzfähigen Preis zu synthetisieren, könnte die grüne Chemie zur „Plattformtechnologie“ werden.

Als besonders vielversprechend gelten bei den Materialforschern unter anderem die Aminosäure Lysin, die als Rohstoff für Polyamide Karriere machen könnte, oder Muconsäure, eine Vorstufe wichtiger Monomere zur Polyester- und Polyamidsynthese, die sich mittels Fermentation mit E.Coli aus Glucose gewinnen lässt. Und nicht zuletzt die Bernsteinsäure, die als Grundstoff für wichtige Monomere und Chemikalien wie 1,4-Butandiol, 1,4-Butandiamin, Tetrahydrofuran, Asparaginsäure, Maleinsäure oder Succinate als Vorstufe für Polymere und Pharmaprodukte genutzt werden kann.

Die vielseitige Bernsteinsäure ist ein echter Alleskönner unter den biobasierten Chemikalien und könnte der grünen Chemie zum Durchbruch auf breiter Front verhelfen, wenn es gelänge die Produktionskosten in den Griff zu bekommen, glauben Experten. Tatsächlich arbeiten weltweit Chemiefirmen und Institute an der biotechnologischen Gewinnung dieses Rohstoffs. Ganz vorne mit dabei ist eine Entwicklung von Bioamber, die Bernsteinsäure mittels Fermentation aus Zucker gewinnen kann. Das Erfolgsgeheimnis des Verfahrens ist die Verwendung einer gentechnisch veränderten Hefe von Cargill, die hervorragend mit niedrigen pH-Werten auskommt – eine perfekte Wahl für die Bernsteinsäure-Produktion. Tatsächlich war bisher die „Übersäuerung“ des Produktionsorganismus durch die entstehende Säure ein wesentlicher Hemmschuh für den Prozess.

Bioamber produziert schon jetzt im kanadischen Sarnia etwa 30 000 Tonnen biobasierte Bernsteinsäure pro Jahr – und die Produktion ist auf Jahre ausgebucht. Auch in puncto Kosten gibt sich die Firma kämpferisch: „Wir können nicht nur mithalten, wir setzen das neue Preis-Benchmark“, erklärt Mike Hartman, Bioambers Executive Vice President. Tatsächlich sei die Herstellung aus Petroprodukten etwa 50 % teurer, so der Experte.

Wer an nachwachsende Rohstoffe denkt, hat meistens Energieträger wie Biodiesel oder Ethanol im Kopf. Tatsächlich war die Gewinnung von Kraftstoffen und Energieträgern aus Agrarprodukten wie Holz, Pflanzenölen oder Zucker lange Zeit eine favorisierte Vision, die Abhängigkeit vom Erdöl zu reduzieren und den Ausstoß klimaschädlichen Kohlendioxids zu verringern. Zwar haben sinkende Ölpreise und die Food- versus-Fuel-Debatte Biokraftstoffen etwas von ihrem Glanz genommen, doch sind insbesondere Biokraftstoffe der zweiten und dritten Generation fester Bestandteil zukünftiger Energieversorgungs-Szenarien.

Eine besondere Rolle könnte dabei Ethanol spielen: Der Alkohol lässt sich verhältnismäßig leicht in großer Menge aus Zucker oder Kohlehydrat-haltiger Biomasse durch Fermentation und Destillation gewinnen und kann relativ unproblematisch herkömmlichem Ottokraftstoff zugemischt werden. So werden allein in der EU jedes Jahr etwa 3,7 Milliarden Liter Ethanol als Treibstoff und Benzinzusatz produziert. Doch als organisches Lösungsmittel ist der Stoff für die Chemieindustrie sowie Pharmaprodukte und Kosmetika begehrt.

Wie die großtechnische Produktion aussehen kann, zeigt das Beispiel von Greenfield Specialty Alcohols, einem der größten Produzenten von Ethanol und Methanol auf dem nordamerikanischen Kontinent. Das Unternehmen mit Sitz in Toronto, Kanada, produziert jährlich etwa 650 Millionen Liter Alkohole, von denen fast 500 Millionen Liter auf Treibstoffethanol entfallen. Als Rohstoff nutzen die Kanadier vor allem Mais, der in der Provinz Ontario reichlich angebaut wird. Alkohol als Benzinzusatz trage etwa 35 % zum Geschäftsergebnis bei, erklärte Greenfield.

Und nicht nur das Produkt ist „grün“: Das bei der Fermentation entstehende Kohlendioxid wird in der Bioraffinerie in Chatham aufgefangen und über Pipelines in ein nahe gelegenes Treibhaus gepumpt, wo es zur Aufzucht Kohlenstoff-hungriger Tomatenpflanzen genutzt wird. Eine klassische Win-Win-Situation.