Achema-Trendbericht: Bioökonomie

Strategien für biobasierte Produkte in Europa und den USA

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Para-Xylen wird fast ausschließlich für die Herstellung von Polyestern eingesetzt, wobei aus dem größten Teil Fasern und Folien gemacht werden. Die größte Aufmerksamkeit in den Bioökonomie-Medien haben aber die 27% genossen, die zu PET-Flaschen werden. Die Hauptabnehmer von PET – Coca-Cola, Ford, Heinz, Nike und Procter & Gamble – haben viel Geld in die Erforschung von biobasiertem PET gesteckt. Virent hat einen kombinierten biochemischen und thermochemischen Prozess entwickelt, bei dem Biomasse zu einer Mischung aus Kohlenwasserstoffen umgewandelt wird.

Die kann dann wie erdölbasierte Kohlenwasserstoffe weiterverarbeitet werden. Auf der Weltausstellung in Mailand 2015 wurde eine 100% biobasierte PET-Flasche gezeigt. Das para-Xylen dafür stammte aus einer Demonstrationsanlage, mit einer Produktion im industriellen Maßstab ist nicht vor 2021 zu rechnen. Die chemokatalytischen Verfahren von Micromidas und Annellotech basieren wie das von Virent auf Zellulose, während Biochemtex auf Lignin setzt. Das einzige Unternehmen, das ein Fermentationsverfahren verwendet, ist Gevo: Zucker aus Biomasse wird mit Hefe zu Isobutanol fermentiert und anschließen chemisch zu para-Xylen transformiert.

Derzeit hat keine der Firmen die Produktionskapazitäten, um den Weltmarkt von 65 Millionen t/a zu beeinflussen.

Propylenglykol macht die Haut weich und die Haare leicht kämmbar, wenn es in Bodylotion und Haarshampoo eingesetzt wird. Darüber hinaus ist es vielseitig anwendbar vom Tierfutter bis zum Polyesterharz und hat deshalb einen Weltmarkt von 2,5 Millionen t/a. Propylenglykol wird derzeit aus Propylen hergestellt und ist ein Nebenprodukt des Erdölcrackings, deshalb ist sein Preis eng mit dem Erdölpreis verknüpft. Für biobasiertes Propylenglykol wird üblicherweise Glycerin hydrogenolytisch mit Metallkatalysatoren reduziert, dabei können die Zusammensetzung des Katalysators und die Reaktionsbedingungen variiert werden. ADM hat dafür 100.000 t/a Produktionskapazitäten in den USA und Oleon 20.000 t/a in Belgien. Global Bio-Chem betreibt in China eine 200.000 t/a Anlage mit Sorbitol aus Mais als Substrat. Das Sorbitol wird zu 1,2-Propandiol, Ethylenglykol und Butandiol gespalten.

Der Zuckeralkohol Glycerin kann in Bodylotion und in Marzipan gleichermaßen verwendet werden, um die Haut oder die Mandelpaste zart und geschmeidig zu halten. Darüber hinaus hat es mehr als 1.500 Anwendungsmöglichkeiten. Die Erdölroute zum Glycerin geht vom Propen aus, spielt aber nur eine untergeordnete Rolle. Der Markt wird von biobasiertem Glycerin dominiert, das ein Nebenstrom der Biodieselproduktion ist. Dafür wird Pflanzenöl mit Alkohol verestert; pro 10 Tonnen Biodiesel entsteht dabei 1 Tonne Glycerin. Mit einer Weltjahresproduktion von ca. 2 Millionen Tonnen ist der Markt gesättigt, mit stabilen und historisch niedrigen Preisen. Die Industrie sucht deshalb nach Wegen, um höherwertige Produkte aus Glycerin zu machen. Der Einsatz als Fermentationssubstrat für Bernsteinsäure, Zitronensäure, 1,3-Propandiol und Biogas ist zum Teil schon industriell umgesetzt, ebenso wie die Anwendung als Tierfutter.

Wer macht das Rennen? Die Zusammenarbeit!

Wenn es so einfach wäre, den Erfolg eines biobasierten Produktes vorherzusagen, dann müssten Regierungen nicht Heerscharen von Wissenschaftlern beschäftigen und Studien in Auftrag geben, um eben diese Vorhersage zu machen. Nur die Zeit wird zeigen, welche der biobasierten Chemikalien ein Renner werden wird und ob RoadToBio zu den gleichen Schlüssen kommen wird wie die NREL-Studie. Der Erdölpreis und politische Entscheidungen der Regierungen sind nur zwei Unwägbarkeiten in der vieldimensionalen Matrix, die den wirtschaftlichen Erfolg eines biobasierten Produktes bestimmt.

Eine der Gemeinsamkeiten der oben diskutierten Stoffe ist, dass es sich um Drop-in-Chemikalien handelt. Sie sind chemisch identisch mit ihren petrochemischen Gegenstücken und für die Weiterverarbeitung spielt es keine Rolle, ob sie aus Erdöl oder aus Biomasse hergestellt wurden. Bei genauerem Hinsehen sind die Produktionsverfahren eine bunte Mischung aus Chemie und Biotechnologie. Fermentationsverfahren werden mit chemischen Transformationen kombiniert; ob ein Metallkatalysator oder ein Enzym eingesetzt wird, wird danach entschieden was besser funktioniert. Erlaubt ist was gefällt, solange es technisch machbar ist. Ein Verfahren ist nicht länger chemisch oder biotechnologisch, Kooperation ist die Regel. Die Gewinner auf der Suche nach dem heiligen Gral der biobasierten Chemikalien sind auf jeden Fall die Wissenschaftler aller beteiligten Disziplinen. Sie haben gelernt, über den eigenen Tellerrand hinaus zu schauen und eine völlig neue Perspektive im Teller der Nachbardisziplin zu finden.

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Hinweis der Redaktion: Der Trendbericht wurde von internationalen Fachjournalisten im Auftrag der Dechema zusammengestellt.

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