Achema-Trendbericht: Bioökonomie

Strategien für biobasierte Produkte in Europa und den USA

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Auch die EU bemüht sich darum vorherzusagen, welche biobasierten Chemikalien eine Zukunft haben. RoadToBio ist ein EU-gefördertes Projekt, das 2017 gestartet ist und dessen Ziel bis 2019 die Erstellung einer Roadmap ist. Die soll der europäischen Chemie die „sweet spots“ aufzeigen, an denen eine biobasierte Produktion Sinn macht. Im ersten Schritt wurde dafür eine Liste von 120 Chemikalien erstellt, die wirtschaftliches Potential zeigen.

Ausgewählt wurden nur Substanzen, die ein „technology readiness level“ (TRL) von 6 oder höher haben. Das heißt, dass die Entwicklung des Prozesses mindestens im Pilotmaßstab angelangt ist. Gleichzeitig wurden die Wertschöpfungsketten von 500 Petrochemikalien unter technischen Gesichtspunkten untersucht. 85% der Wertschöpfungsketten bieten Anknüpfungspunkte, an denen eine biobasierte Chemikalie eine erdölbasierte ersetzen kann. Die Chemikalien, die am häufigsten als ersetzbar genannt wurden, sind Ethylen, Propylen und Methanol.

RoadToBio untersucht die Schnittstellen zwischen biobasierten und erdölbasierten Chemikalien

Sowohl der NREL-Bericht als auch RoadToBio untersuchen nur Produkte, deren Entwicklung mindestens im Pilotmaßstab angelangt ist. Weiterhin arbeiten beide Studien bislang entlang der Wertschöpfungsketten petrochemischer Produkte. Ein typischer Produktbaum beginnt bei einem niedrigpreisigen Ausgangsstoff wie Ethylen und verzweigt dann in höherwertige Zwischenprodukte wie Polyethylen, Ethylenoxid oder Vinylacetat. Die Zwischenprodukte können wiederum vielfältig eingesetzt werden; Vinylacetat kann ebenso gut in Klebstoff eingesetzt werden wie in Autolack.

Wann immer eine erdölbasierte Chemikalie durch eine biobasierte ersetzt werden kann, wird dies bei RoadToBio als Einstiegspunkt bezeichnet. Von den 120 Chemikalien in der Grobauswahl haben nur 49 einen Einstiegspunkt in bestehende petrochemische Wertschöpfungsketten, während die anderen 71 dedizierte Chemikalien sind. Dedizierte Chemikalien haben kein petrochemisches Gegenstück und eröffnen damit ganz neue Wege. Milchsäure als Basis für den Biokunststoff Polylactid ist ein bekanntes Beispiel für eine dedizierte Chemikalie. Im Gegensatz dazu sind Drop-ins biobasierte Versionen von bereits existierenden Chemikalien und chemisch mit diesen identisch. Die dritte Gruppe - Smart drop-ins - haben darüber hinaus noch einen zusätzlichen Vorteil, zum Beispiel einen schnelleren oder einfacheren Produktionsweg oder einen geringeren Energieverbrauch.

Im NREL-Bericht wurden einige Produkte ganz bewusst ausgeschlossen, nämlich solche, die in Konkurrenz zu erdgasbasierten Chemikalien stehen würden. Diese Substanzen durch biobasierte zu ersetzen, wird als nicht realistisch angesehen. Es bleibt abzuwarten, ob die RoadToBio-Forscher das genauso machen, wenn sie als nächsten Schritt Drop-ins und dedizierte Chemikalien auf ihr Marktpotential untersuchen.

Vier Chemikalien, die sowohl in der Top 12-Liste der NREL als auch auf der Top 49-Liste von RoadToBio verzeichnet sind, sind Bernsteinsäure, para-Xylen, Propylenglykol und Glycerin.

Der derzeitige Weltmarkt für die Bernsteinsäure umfasst 50.000 t/a und ist hauptsächlich für Spezialchemikalien bestimmt. Im täglichen Leben ist sie in der Tinte von Tintenstrahldruckern anzutreffen, wo 3% Bernsteinsäure dafür sorgen, dass die Druckfarben nicht ineinander laufen. Die Hochrechnungen für das künftige Marktvolumen sind enorm, und dass sie nicht nur theoretischer Natur sind, zeigt die Zahl der Produktionsanlagen, die weltweit gebaut werden. Succinity, BioAmber, Myriant und Reverdia bauen als Einzelfirmen und in verschiedenen joint ventures Produktionskapazitäten von 400.000 Tonnen Bernsteinsäure. Die Mikroorganismen, die für die Fermentation eingesetzt werden sind B. succiniproducens, E. coli und S. cerevisiae. Die Firmen bauen darauf, dass sich Bernsteinsäure zur Plattformchemikalie entwickeln wird und sich dann eine weitaus größere Produktpalette eröffnet als Spezialchemikalien. Mit der Hydrierung von Bernsteinsäure zu 1,4-Butandiol und Tetrahydrofuran würde ein Markt von weiteren 2,4 Millionen t/a zugänglich. Wenn dies Realität wird, könnten in Zukunft auch Elasthan-Bekleidung und Polyurethan-Matratzen biobasiert sein.

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