Biobasierte Chemikalien

Was sind biobasierte Chemikalien?

Bisher basiert die Herstellung von Chemikalien vor allem auf fossilen Rohstoffen wie Erdöl, Kohle oder Erdgas. Fossile Rohstoffe sind jedoch nur begrenzt vorhanden und führen außerdem nicht nur bei ihrer Verbrennung, sondern auch bei ihrer Verarbeitung zu einer Erhöhung der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre. Dabei gelangt Jahrmillionen gelagerter Kohlenstoff wieder in den Stoffkreislauf. Zunächst ist dieser Kohlenstoff zwar eine Weile in den Chemikalien und den daraus produzierten Produkten gebunden. Längerfristig werden diese Stoffe und Produkte im Rahmen des Stoffkreislaufes aber wieder abgebaut oder verbrannt und setzen dabei zusätzliches Kohlendioxid frei.

 

Zur Eindämmung der Erderwärmung müssen die fossilen Rohstoffe also durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt werden. Gleichzeitig entsteht diese Notwendigkeit auch aus der Tatsache, dass die fossilen Rohstoffreserven knapp werden und immer schwerer abzubauen sind. Die Zukunft liegt also in der Bioökonomie, wo die Natur die chemische Fabrik ersetzt.

 

Zurzeit werden weltweit Strategien erarbeitet, wie der Übergang von der konventionellen zur biobasierten Chemie gelingen kann. So haben sich die Staaten der Europäischen Union das Ziel gesetzt, bis zum Jahre 2030 im Vergleich zu 1990 die Emission der Treibhausgase um 40 Prozent zu reduzieren. Eine Forderung ist dabei, dass bis 2020 mindestens 20 Prozent der Materialien biobasiert sein müssten. Dieser Anteil sollte sich dann bis zum Jahre 2030 auf 25 Prozent erhöhen. Die biobasierte Chemie nutzt neue Produktionsverfahren, die auf der Verwendung von Biomasse aus nachwachsenden Rohstoffen beruht.

 

Bereits im Jahre 2004 wurden durch das amerikanische National Renewable Energy Laboratory NREL zwölf Grundchemikalien für die chemische Industrie benannt, die auch auf biochemischem Weg hergestellt werden können. In der EU werden in dem im Jahre 2017 gestarteten Projekt RoadToBio ebenfalls 120 biobasierte Chemikalien mit wirtschaftlichem Potenzial in einer Liste vorgestellt. Dabei gibt es eine Schnittmenge von Chemikalien, die in beiden Listen auftauchen. Dazu zählen unter anderem Bernsteinsäure, Para-Xylen, Propylenglykol und Glyzerin.

 

Bernsteinsäure, auch Succinylsäure, wird technisch hauptsächlich aus Erdöl gewonnenen Substanzen hergestellt und findet heute vor allem zur Synthese von Spezialchemikalien Verwendung. Es besitzt jedoch auch das Potenzial, als Ausgangsstoff für Polyurethan zu dienen. Succinylsäure kann aber auch biotechnologisch durch Fermentation von Kohlenhydraten produziert werden. Verschiedene chemische Unternehmen erwarten, dass sich die Succinylsäure künftig zu einer sogenannten Plattformchemikalie entwickelt, auf dessen Grundlage eine riesige Produktpalette hergestellt werden kann.

 

Eine wichtige Chemikalie ist auch Para-Xylen. Sie dient als Ausgangsstoff zur Herstellung von Polyestern, deren wichtigster Vertreter Polyethylenterephthalat (PET) ist. Aus PET werden wiederum PET-Flaschen, Fasern und Folien hergestellt. Para-Xylen wird bisher aus erdölbasierten Kohlenwasserstoffgemischen gewonnen. Die Gemische aus Kohlenwasserstoffen können aber auch durch chemischen Abbau von Zellulose oder Lignin erzeugt werden. Des Weiteren wird Zucker durch Fermentation mithilfe von Hefe zunächst zu Isobutanol umgewandelt. Isobutanol dient dann wiederum als Ausgangsstoff zur Herstellung von Para-Xylol.

 

Propylenglykol und Glyzerin entwickeln sich ebenfalls zu Grundchemikalien für viele chemische Synthesen. Herkömmlich wird Propylenglykol aus Propylen gewonnen. Es kann aber auch aus biobasiertem Glyzerin durch Reduzierung mit Metallkatalysatoren hergestellt werden. Glyzerin wird bereits heute hauptsächlich biobasiert erzeugt. Es fällt im Rahmen der Biodieselproduktion durch die Veresterung von Pflanzenölen mit Alkohol als Nebenprodukt an.

 

Schließlich werden auch neue Produktionsverfahren entwickelt, die biobasierte Chemikalien ohne Entsprechung in der herkömmlichen Chemie nutzen.