Nachwachsende Rohstoffe Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe

Redakteur: Anke Geipel-Kern

Nehmen nachwachsende Rohstoffe bald eine Schlüsselstellung bei der Herstellung von Grundchemikalien ein? Prof. Dr. Thomas Hirth, Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB), über Einsatzgebiete und neue Synthesewege.

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PROCESS: Prof. Hirth, die Diskussion um den Rohstoffwandel in der Chemie ist in vollem Gang. Ist die Chemie hier Treiber oder Getriebener?

Hirth: Nachwachsende Rohstoffe haben eine lange Tradition in der chemischen Industrie, sind aber durch den Einsatz von Kohle, Erdöl und Erdgas zurückgedrängt worden. Ressourcenverknappung, Treibhauseffekt, Bevölkerungswachstum und das Streben nach nachhaltiger Entwicklung haben das Interesse an nachwachsenden Rohstoffen jedoch wieder neu geweckt. Nachwachsende Rohstoffe wie Lignocellulose, Kohlenhydraten und pflanzliche Öle sind die einzige alternative Kohlenstoffquelle für die Erzeugung chemischer Produkte, im Gegensatz zur Energieerzeugung, die nicht unbedingt auf kohlenstoffhaltige Rohstoffe angewiesen ist.

PROCESS: Wie hoch ist der Anteil nachwachsender Rohstoffe derzeit in der Chemieproduktion?

Hirth: In Deutschland gehen nachwachsende Rohstoffe derzeit in folgende Produktlinien: Bioenergie (z. B. Holz) – 12,3 Mio. t/a, Biokraftstoffe (z. B. Biodiesel, Bio-ethanol) – 3,0 Mio. t/a, sowie Biobasierte Produkte (z. B. Polymere, Tenside) – 2,0 Mio. t/a. Die Natur bietet eine große Vielfalt an nachwachsenden Rohstoffen für die Nutzung in Industriebereichen wie Chemie, Pharmazie, Papier und Textil, die überwiegend auf Kohlenhy-draten bzw. Lignocellulose basieren. Daneben haben insbesondere Öl- und Faserpflanzen eine große technische Bedeutung. Derzeit werden etwa elf Prozent nachwachsende Rohstoffe in der chemischen Industrie eingesetzt. Dabei dominieren pflanzliche Öle (etwa 1 150 000 t) neben Kohlenhydraten wie Chemiestärke (etwa 260 000 t), Cellulose (etwa 320 000 t) und Zucker (etwa 240 000 t).

PROCESS: Welchen Anteil halten Sie für realistisch?

Hirth: Derzeit beträgt der Anteil der nachwachsenden Rohstoffe am gesamten Rohstoffeinsatz in der chemischen Industrie in Deutschland etwa elf Prozent, was einer Menge von etwa 2,3 Millionen Tonnen entspricht. In erster Linie werden pflanzliche Öle und Kohlenhydrate wie Zucker, Stärke und Cellulose eingesetzt. Bei ausreichender Verfügbarkeit, konstanter Qualität und wettbewerbsfähigen Preisen ist eine Steigerung auf 20 Prozent in 2020 durchaus möglich.

PROCESS: Wo sehen Sie die Haupteinsatzgebiete?

Hirth: Bereits heute lassen sich eine Vielzahl von Produkten wie Polymere, Tenside, Lösungsmittel, Farbstoffe, Geruchsstoffe, Pharmawirkstoffe, Kosmetika, Kraftstoffe, Schmierstoffe und Fasern herstellen. Ein besonders großes Potenzial wird neben der Herstellung von Kraftstoffen in den Bereichen Polymere, Lösungsmittel, Klebstoffe und Tenside sowie chemische Zwischenprodukte gesehen.

PROCESS: Welche Synthesewege gibt es derzeit?

Hirth: Für die Herstellung von Plattformchemikalien bieten sich Kohlenhydrate wie Zucker, Stärke oder Cellulose an, wobei die Polysaccharide zunächst in monomere Zucker gespalten werden müssen. Aufbauend auf Glukose lassen sich über biotechnologische und chemische Verfahren C1- bis C6-Bausteine herstellen. Für die Gewinnung des C1-Bausteins Kohlenstoffmonoxid sind Vergasungsverfahren geeignet. Auch Triglyzeride aus Glyzerin und unterschiedlichen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren bieten sich für die Herstellung von Plattformchemikalien an. Durch Reaktionen an der Carboxylgruppe lassen sich beispielsweise freie Fettsäuren, Fettsäureester oder Fettalkohole herstellen, während durch Reaktion an der Doppelbindung höherfunktionalisierte Verbindungen (Diole durch Epoxidierung) oder bifunktionelle Verbindungen (Dicarbonsäuren durch Metathese) gebildet werden können. Neue bio-technologische Verfahren zielen auf eine selektive Oxidation der endständigen Methylgruppe zur Hydroxyl- oder Carboxylgruppe. Glyzerin steht mittlerweile in großen Mengen zur Verfügung und kann durch chemische sowie biotechnologische Verfahren zu Plattformchemikalien wie 1,3-Propandiol, Acrylsäure oder Epichlorhydrin umgewandelt werden.

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