Image: Kohlenstoff aus nachwachsenden RohstoffenFERCHAUFERCHAUIn der Pilotanlage am Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP stellen Forscher Erdölersatzstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen her. | © Foto Gunter Binsack/Fraunhofer CBP
TrendChemie ohne Erdöl?

Kohlen­stoff aus nach­wach­senden Rohstoffen

Lesezeit ca.: 4 Minuten
Mirko Besch

Mirko Besch

freier Journalist

Der viel in Erdöl enthaltene Kohlenstoff ist einer der wichtigsten Ausgangs­stoffe für die chemische Industrie. Er kommt beispiels­weise in zahlreichen Kunststoffen, Wandfarben, Parfüms oder Haarsprays zum Einsatz. Da Erdöl jedoch immer knapper wird und als umweltschäd­lich gilt, soll künftig verstärkt die derzeit einzige alternative Kohlenstoff­quelle genutzt werden: nachwach­sende Rohstoffe.

15. März 2016

Jacken, Frischhal­te­fo­lien, Autolacke, Hartscha­len­koffer und vieles mehr – in unzähligen Alltagsge­gen­ständen steckt heute Erdöl, und das nicht zuletzt aufgrund seines hohen Kohlenstoff­an­teils. Doch das müsste eigentlich gar nicht sein, denn auch in Biomasse ist Kohlenstoff enthalten.

Während diese Quellen vor wenigen Jahren noch viel zu wenig ausgeschöpft wurden, wird das Kohlenstoff­re­ser­voir der Natur inzwischen deutlich besser genutzt. „In den vergangenen vier Jahren hat sich auf diesem Gebiet eine Menge getan“, bestätigt Professor Dr. Thomas Hirth, Vizepräsi­dent für Innovation und Internatio­nales am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Forscher haben bereits zahlreiche Verfahren entwickelt, um aus Biomasse wichtige Grundstoffe zu gewinnen.

Bisher aber waren die meisten Verfahren noch in vielen Bereichen unwirtschaft­lich. Das ändere sich gerade, allerdings stellten die niedrigen Preise für fossile Rohstoffe mittlerweile eine neue, wesentlich größere Hürde dar. Denn warum sollte die chemische Industrie derzeit verstärkt auf nachwach­sende Rohstoffe zurückgreifen, wenn Erdöl noch ausreichend verfügbar und aktuell zudem auch noch deutlich günstiger zu verarbeiten ist als Biomasse?

Fortschritte in der Prozessent­wick­lung

Professor Hirth ist überzeugt davon, dass nachwach­sende Rohstoffe und die weiße Biotechno­logie schon bald eine echte Alternative zur Petrochemie darstellen werden. „Schließlich hat auch die Prozessent­wick­lung Fortschritte gemacht. In Deutschland unter anderem durch das neue Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechno­lo­gi­sche Prozesse CBP in Leuna oder die Bioliq-Anlage am Karlsruher Institut für Technologie.“ Am Fraunhofer CBP werden u. a. chemische Prozesse zur Herstellung von biobasierten Grund- und Feinchemi­ka­lien für eine Weiterver­ar­bei­tung in der chemischen, pharmazeu­ti­schen oder Lebensmittel-Industrie entwickelt. Und die Bioliq-Anlage am KIT wandelt Restbiomasse in umweltfreund­liche und motorenver­träg­liche syntheti­sche Kraftstoffe um.

Einer Untersuchung des US-amerikani­schen Energiemi­nis­te­riums zufolge lassen sich aus nachwach­senden Rohstoffen Basische­mi­ka­lien wie Milchsäure und Sorbit herstellen, mit deren Hilfe schließlich komplexe chemische Verbindungen – zum Beispiel für Treibstoffe, Verpackungen, Kosmetika oder Medikamente – aufgebaut werden können. Doch noch ist der Weltmarkt für Biochemi­ka­lien klein. Die Unterneh­mens­be­ra­tung Arthur D. Little schätzte ihn für 2009 auf 77 Milliarden US-Dollar und somit lediglich etwa vier Prozent des Gesamtum­satzes. Der Marktanteil könne bis 2025 aber auf bis zu 17 Prozent steigen.

Biomasse nicht per se nachhaltiger

In Deutschland hingegen ist man schon deutlich weiter als der weltweite Durchschnitt. Laut dem Fortschritts­be­richt 2015 des Verbands der chemischen Industrie (VCI) machen nachwach­sende Rohstoffe als Kohlenstoff­quelle hierzulande mittlerweile rund 13 Prozent aller Rohstoffe in der Chemiein­dus­trie aus.
 
Die Branche arbeite weiter daran, diesen Anteil zu erhöhen, der VCI weist jedoch darauf hin, dass nachwach­sende Rohstoffe als Kohlenstoff­quelle nicht per se nachhaltiger sind. Denn um die Nachhaltig­keit von Biomasse zu bestimmen, muss schließlich deren gesamter Lebensweg betrachtet werden – von der Landnutzung über den Einsatz von Düngemit­teln bis hin zu Ernte, Transport und den Verarbei­tungs­tech­niken. Und diesbezüg­lich gibt es auch bei nachwach­senden Rohstoffen große Unterschiede.

Nichtsdes­to­trotz wird Erdöl auf lange Sicht gesehen stetig knapper, und die Industrie ist daher angehalten, sich nach Alternativen umzuschauen, um unabhängiger vom „schwarzen Gold“ zu werden. Auch die Politik ist mit im Boot: Die Bundesre­gie­rung unterstützt mit der „Nationalen Forschungs­stra­tegie BioÖkonomie 2030“ den Struktur­wandel hin zu einer biobasierten Wirtschaft, und die Europäische Union hat nachwach­sende Rohstoffe für Industrie­an­wen­dungen zum Förderschwer­punkt erklärt.  

Hohe Hürden bis zum Durchbruch

Bis nachwach­sende Rohstoffe den für die chemische Industrie immens wichtigen Rohstoff Erdöl weitgehend ersetzen können, wird noch einige Zeit vergehen. Wissenschaft und Industrie arbeiten weiter an Lösungen, fehlende Wirtschaft­lich­keit und oft auch die mangelnde Qualität biobasierter Grundstoffe bildeten bisher aber noch zu hohe Hürden auf dem Weg zum Durchbruch. Und nicht zuletzt müssen laut einem Bericht des Fraunhofer-Instituts für Grenzflä­chen- und Bioverfah­rens­technik IGB in Stuttgart ertragreiche Nutzpflanzen gezüchtet, die Agrartechnik weiterent­wi­ckelt und die Wertschöp­fungs­kette effizienter gestaltet werden. Dadurch werde die Konkurrenz zwischen Lebens- und Futtermittel einerseits und stofflicher und energeti­scher Nutzung andererseits in Balance gehalten.