Achema 2012-Trendbericht – Biobased Chemicals Rohstoffwandel in der Chemischen Industrie – nur noch eine Frage der Zeit

Autor / Redakteur: Dechema / Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Angesichts knapper und teurer Rohstoffe sowie den immer deutlicher hervortretenden Folgen der Klimaerwärmung entwickeln Wissenschaft, Industrie, Politik und Gesellschaft gemeinsam Strategien für den Strukturwandel von einer fossil- zu einer biobasierten Wirtschaft. Dies gilt auch für die Chemieproduktion. Darin gehen zwar nur etwa acht Prozent der gesamten Erdölproduktion ein, jedoch werden auch hier Vorteile in einem höheren Anteil nachwachsender Rohstoffe gesehen.

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Eine wichtige Grundlage der Bioökonomie: Nachwachsende Rohstoffe
Eine wichtige Grundlage der Bioökonomie: Nachwachsende Rohstoffe
(Bild: Dechema/Dillmann)

Zu diesen Vorteilen zählen neben der Verringerung des CO2-Ausstoßes aus fossilen Quellen und der Bereitstellung komplexer Strukturen, wie sie die Syntheseleitung der Natur hervorbringt, auch die höhere Verbraucherakzeptanz biobasierter Produkte. Voraussetzung sind konkurrenzfähige Preise und ein mindestens analoges Eigenschaftsprofil, was eine hohe Rohstoff- und Prozesseffizienz voraussetzt.

Beispiele hierfür sind Kunststoffe, ebenso biobasierte Lösungsmittel, Tenside und Schmierstoffe, bei denen zusätzlich die Vermeidung schädlicher Emissionen und die biologische Abbaubarkeit im Vordergrund stehen. Auch die Reach-Regularien können zu einem stärkeren Einsatz biobasierter Komponenten in der chemischen Industrie führen.

Biobasierte Polymere

2010 wurden nach Angaben des Verbands Plastics Europe weltweit rund 265 Millionen Tonnen Kunststoffe produziert, das entspricht rund 6 Prozent des Gesamtrohölverbrauchs von knapp vier Milliarden Tonnen (BP Statistical Review of World Energy 2011). Auf der anderen Seite wurden im selben Jahr nur 0,7 Millionen Tonnen Biokunststoffe erzeugt. Allerdings sind die prognostizierten Wachstumsraten enorm: Bis 2015, so aktuelle Schätzungen, die Hans-Josef Endres der FH Hannover in einem Vortrag im November 2011 präsentierte, steigt dieser Anteil auf 1,7 Millionen Tonnen, was einem jährlichen Zuwachs von knapp 20 Prozent entspricht.

Biokunststoffe stellen dabei allerdings eine heterogene Gruppe dar, zu der sowohl biobasierte als auch fossil-basierte Kunststoffe zählen, sofern diese biologisch abbaubar sind. Die klassischen biologisch abbaubaren Kunststoffe werden auf Basis der natürlichen Polymere Cellulose und Stärke erzeugt. In den 1990er Jahren kam dann das von Bakterien als Speicherstoff genutzte thermoplastische Polymer Polyhydroxybuttersäure unter dem Han-delsnamen Biopol auf den Markt. Dies war das erste Bio-Polymer, das als kompostierbare Alternative zu PE im Verpackungsbereich verwendet wurde.

In den letzten Jahren hat sich allerdings der Trend durchgesetzt, nicht mehr die biologisch erzeugten Polymere direkt zu nutzen, sondern biotechnologisch oder chemisch Monomere aus nachwachsenden Rohstoffen zu gewinnen, die entweder als Basis neuartiger (funktionsanaloger) oder herkömmlicher (strukturanaloger) Polymere dienen.

Der zurzeit populärste Vertreter der funktionsanalogen biobasierten Kunststoffe ist Polylactid (PLA). PLA hat ähnliche Eigenschaften wie konventionelle thermoplastische Massenkunststoffe und kann deshalb auch in vorhandenen Anlagen verarbeitet werden. Dank seiner Kompostierbarkeit hat der Rohstoff vor allem für kurzlebige Verpackungen wie Getränkebecher oder Nahrungsmittelschalen großes Potenzial. Ein Nachteil von PLA ist aber sein niedriger Schmelzpunkt, so dass es nicht für Waren geeignet ist, die Hitze ausgesetzt werden.

Der Lactid-Polyester wird durch die Kombination biotechnologischer und chemischer Schritte erzeugt. Durch Fermentation von Zucker oder Stärke entsteht Milchsäure, die durch chemische Prozesse erst zu Lactid dimerisiert wird. Anschließend wird Lactid unter Ringöffnung des Monomers polymerisiert.

PLA wird seit 1994 industriell hergestellt und hat 2010 eine weltweite Produktionskapazität von über 110 000 Jahrestonnen erreicht. Anlagen stehen in den USA, den Niederlanden und in China. Weitere Anlagen sind z. B. in Thailand geplant. Bis 2015 wird sich die Produktionskapazität nach Angaben von Hans-Josef Endres vom Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe der FH Hannover verdoppeln. Obwohl PLA durch seine biologische Grundlage eine gute Umweltverträglichkeit aufweist, lässt sich diese durch die Schaffung einer Infrastruktur zum Recycling oder Kompostieren des Biokunststoffs noch enorm ver-bessern. Daran wird intensiv geforscht. Derzeit bleibt aus logistischen Gründen aber nur die Verbrennung.

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