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Biobasierte Chemie

Neues aus der Bioraffinerie: Endet der Boom bevor er begann?

| Autor / Redakteur: Dominik Stephan* / Dominik Stephan

( © vencav - Fotolia)

Schiefergas und billiges Erdöl setzen dem Konzept der Bioraffinerie zu. Solange sich die Preise für Grundchemikalien im freien Fall befinden, sind Alternativen nicht gefragt. Zeit für eine Standortbestimmung: Wir nehmen Trends, Verfahren und Produkte unter die Lupe.

Die „Grüne Chemie“ war auf dem besten Weg zum Shootingstar: Eine Studie des amerikanischen National Research Council ging davon aus, dass 2020 bereits 25 % und 2090 sogar 90 % aller organischen Chemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen produziert würden. Solange der Erdölpreis kletterte, war den Experten keine Vision zu kühn. Dann kam billiges Schiefergas und mit ihm ein Preisrutsch, der Massenchemikalien und Crackerprodukte zu echten Schnäppchen macht. Jetzt stehen die biobasierte Grund- und Rohstoffe unter enormen Rentabilitätszwang.

Immerhin: Nach Schätzungen stammen etwa 10–15 % der organischen Chemikalien in Deutschland aus nachwachsenden Quellen. Bis 2030 könnte sich dieser Wert verdoppeln, erklärte VCI-Vizepräsident Karl-Ludwig Kley 2014. Doch damit die Vision der Chemikalie vom Acker Realität wird, gibt es noch viel zu tun: Die „Bioraffinierie“, also die industrielle Aufspaltung von Biomolekülen wie Zucker oder Zellulose in chemische Roh- oder Brennstoffe, unterscheidet sich grundlegend von herkömmlichen Crackerprozessen.

Kopf an Kopf: Shalegas vs. Nachwachsende Rohstoffe – Wem gehört die Zukunft?

Shalegas vs. Bio-Basiert

Kopf an Kopf: Shalegas vs. Nachwachsende Rohstoffe – Wem gehört die Zukunft?

14.10.15 - Shale-Gas oder biobasierte Rohstoffe liefern sich ein heißes Kopf-an-Kopf Rennen — Wer über Trends spricht, kommt an Rohstoffen nicht vorbei: Während Rohöl an Bedeutung verliert, legen Alternativen für Kraftstoffe und Grundchemie deutlich zu. Erdgas oder Biomasse – wer hat am Ende die Nase vorn? Oder sind es nur zwei Gesichter derselben Münze? lesen

Im Fokus stehen Verfahren, die das gesamte Pflanzenmaterial aufschließen – inklusive der schwer zu knackenden Cellulose. Mit Bio-Rohstoffen der zweiten Generation ließe sich nicht nur die Debatte um Teller oder Tank entschärfen, auch wäre es möglich, Reststoffe wie Holzschnitzel oder Stroh zu verwenden. Zu diesem Zweck können starke Säuren oder Enzyme helfen, die langen Kohlenstoffketten in einfacher verwertbare, kurzkettige Moleküle zu zerlegen. Insbesondere Mehrfach-Zucker wie Hexosen oder Pentosen sind gefragt, da diese leicht verstoffwechselt werden können.

Viele Wege führen nach Rom - oder zur Umwandlung nachwachsender Rohstoffe...
Viele Wege führen nach Rom - oder zur Umwandlung nachwachsender Rohstoffe... (Quelle: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe)

Dabei stellen die Mikroorganismen ihre ganz eigenen Ansprüche an die Prozessführung: Wenn die Reaktion sowohl schnell als auch ausreichend selektiv ablaufen soll, ist eine genaue Temperaturkon­trolle unerlässlich. Die Reaktoren müssen jederzeit ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden (außer bei anaerober Fermentation), wobei eine ständige Durchmischung für homogene Sauerstoffverteilung, Temperatur und pH-Gradienten sorgen muss. Auch neigen Organismen zum Aufschwimmen oder zur Sedimentation: Die Auswahl einer geeigneten Kombination aus Reaktionsbehälter, Rühr­organ und Heizelementen entscheidet in der Bioraffinerie über Erfolg und Misserfolg.

Erfahren Sie mehr über die Nutzung der 'Grünen Chemie' zu Herstellung von Additiven:

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Nachwachsende Rohstoffen als Additive

Ob Cellulose, Ein- oder Mehrfachzucker oder Fette und Öle: nachwachsende Rohstoffe haben viele Gesichter – und viele Anwendungsmöglichkeiten. Alkohole, Säuren, Diole, Glycerin oder Basis- und Feinchemikalien können über mehrschrittige Reaktionswege gewonnen werden. Ein ganz besonderes Biomolekül ist der „Holzzucker“ Lignin. Diese Makromoleküle lagern sich in die Zellwand von Pflanzen ein und bewirken deren „Verholzung“. Da sie bis zu 30 % der Trockenmasse ausmachen, zählen Lignine zu den häufigsten Polymerverbindungen in der Natur.

Alleine in der Zellstoff­industrie fallen jedes Jahr etwa 50 Millionen Tonnen Lignin an. Beim Aufschluss des extrem zähen Materials soll die Pyrolyse eine wichtige Rolle spielen: Bei etwa 700 °C bis 1000 °C lässt sich Lignin in chemische Grundbausteine wie Synthesegas, Ethen oder Benzol zerlegen. Erste Pilotversuche zeigen bereits das Potenzial des Verfahrens auf.

Der große Durchbruch für die grüne Chemie könnte kommen, wenn es gelingt Massenprodukte im großtechnischen Maßstab aus nachwachsenden Rohstoffen zu fertigen - wie das in der Praxis aussehen kann, zeigt ein spannendes Beispiel aus Kanada:

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Plattformtechnologien werden zum Sprungbrett aus der Nische

Und dennoch: Strukturelle Veränderungen beim Rohstoffeinsatz lassen weiter auf sich warten. Um nachwachsenden Rohstoffen auf breiter Front zum Durchbruch zu verhelfen, sind noch erhebliche Anstrengungen in Forschung und Verfahrensentwicklung nötig. Wenn es möglich wäre, die Rohstoffbasis der Chemie auf nachhaltige Weise breiter aufzustellen, könnte es gelingen, nicht nur preislich mit der traditionellen Petrochemie mitzuhalten, sondern auch Produkte mit ganz neuen Eigenschaften zu bekommen. Das Potenzial ist da: Chemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen könnten es schaffen, traditionelle Petrochemieprodukte im Wert von 60 Milliarden Dollar zu ersetzen, glauben Experten.

Nachwachsende Rohstoffe sind aber auch begehrte Energieträger:

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Der Treibstoff auf dem Feld: Biobasierte Kraftstoffe

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