Herstellung von ErdölersatzstoffenIn 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

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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.