{"id":56377,"date":"2018-03-08T07:22:28","date_gmt":"2018-03-08T06:22:28","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=56377"},"modified":"2018-09-08T14:33:31","modified_gmt":"2018-09-08T12:33:31","slug":"auf-der-suche-nach-dem-biobasierten-heiligen-gral-ist-das-ergebnis-in-europa-das-gleiche-wie-in-den-usa","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/auf-der-suche-nach-dem-biobasierten-heiligen-gral-ist-das-ergebnis-in-europa-das-gleiche-wie-in-den-usa\/","title":{"rendered":"Auf der Suche nach dem biobasierten heiligen Gral \u2013 ist das Ergebnis in Europa das gleiche wie in den USA?"},"content":{"rendered":"<ul>\n<li><strong>Die Zeiten f\u00fcr biobasierte Produkte sind wegen des niedrigen Erd\u00f6lpreises hart<\/strong><\/li>\n<li><strong>Um die Klimaerw\u00e4rmung zu stoppen, haben viele Regierungen Ziele f\u00fcr den Einsatz biobasierter Energie und Produkte festgelegt<\/strong><\/li>\n<li><strong>Kandidaten sind Bernsteins\u00e4ure, Propylenglykol, para-Xylen und Glycerin<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>Erd\u00f6l ist eine endliche Ressource und wenn wir es weiterhin verwenden, wird das die Klimaerw\u00e4rmung beschleunigen. Seit das klar ist, hat die Suche nach Alternativen zum Erd\u00f6l begonnen. Schiefergas und Erdgas sind dabei nur Pseudol\u00f6sungen, denn auch ihr Vorrat ist begrenzt und es handelt sich um fossile Rohstoffe. Der einzige Ausweg sind nichtfossile, also biobasierte Rohstoffe. Industrie und Akademia entwickeln fieberhaft biobasierte Prozesse, immer unter der Pr\u00e4misse, dass die Produkte nicht teurer sein d\u00fcrfen als konventionelle. Allerdings fiel im Herbst 2014 der Roh\u00f6l-Preis unter 70 US Dollar pro Barrel und hat sich bis zum Fr\u00fchjahr 2018 nicht erholt. Die Preise f\u00fcr die Bausteinchemikalien Ethylen und Propylen haben sich von 2014 bis 2016 halbiert. Diese tr\u00fcben Aussichten haben die Chemieriesen Braskem und Dow Chemical dazu bewogen, ihre Entwicklungsarbeiten f\u00fcr biobasiertes Propylen auf Eis zu legen. Thyssen Krupp Industrial Solutions hat seine Mehrzweck-Produktionsanlage f\u00fcr organische S\u00e4uren in Leuna 2015 in Winterschlaf geschickt, bis bessere Zeiten kommen, und letztendlich an EW Biotech verkauft.<\/strong><\/p>\n<p>Die Zeiten sind weltweit hart f\u00fcr biobasierte Chemikalien, denn preism\u00e4\u00dfig k\u00f6nnen sie mit der fossilen Konkurrenz nur selten mithalten. Nicht einmal in Sachen Klimaerw\u00e4rmung k\u00f6nnen sie einen Trumpf ausspielen. Vom weltweiten Energiebedarf verbraucht die chemische Industrie 30% und sie ist verantwortlich f\u00fcr 20% der Treibhausgase, die die gesamte Industrie emittiert. Die Kohlenstoffmenge, die am Ende in Produkten landet, ist dagegen vergleichsweise gering. Der Energieverbrauch ist deshalb der Ansatzpunkt, wenn der CO<sub>2<\/sub>-Ausstoss merklich reduziert werden soll. Trotzdem haben viele Regierungen biobasierte Produkte in ihre Strategien aufgenommen und ambitionierte Ziele gesetzt.<\/p>\n<h3>Strategien f\u00fcr biobasierte Produkte in Europa und den USA<\/h3>\n<p>Regierungen rund um den Globus sind sich einig, dass es offizielle Leitlinien f\u00fcr den \u00dcbergang zu einer biobasierten Wirtschaft geben muss; die Ans\u00e4tze daf\u00fcr sind unterschiedlich.<\/p>\n<h3>Die Staaten der europ\u00e4ischen Union haben sich auf folgende Punkte geeinigt<\/h3>\n<ul>\n<li>Reduzierung der Treibhausgase bis 2030 um 40% (im Vergleich zu den Werten von 1990)<\/li>\n<li>Mindestens 27% erneuerbare Energien<\/li>\n<li>Mindestens 27% Energieeinsparung<\/li>\n<\/ul>\n<p>Noch konkreter hei\u00dft das, dass bis 2020 20% aller Chemikalien und Materialien in Europa biobasiert sein m\u00fcssen und dieser Anteil steigt bis 2030 auf 25%.<\/p>\n<p>In den USA soll laut biomass R &amp; D board die Bio\u00f6konomie die Gr\u00f6\u00dfenordnung von einer Milliarde Tonnen erreichen. Daf\u00fcr wird bis 2030 j\u00e4hrlich eine Milliarde Tonnen Biomasse nachhaltig produziert. Sie soll einerseits die Basis f\u00fcr die wachsende Bioprodukt-Industrie sein. Haupts\u00e4chlich wird sie aber daf\u00fcr sorgen, dass bis 2030 im Transportwesen 30% des Kohlenstoffs aus Biomasse stammen \u2013 in Form von Biodiesel oder Ethanolbeimischung zum Benzin.<\/p>\n<h3>Welches ist die vielversprechendste biobasierte Chemikalie?<\/h3>\n<p>Wenn neue Prozesse und Produkte auf den Markt kommen, ist es nur menschlich zu fragen, wer sich im Wettbewerb am besten schl\u00e4gt. F\u00fcr den unbeteiligten Betrachter mag es schlichte Neugier sein; f\u00fcr Investoren geht es um eine Menge Geld, wenn sie die Entscheidung treffen auf den biobasierten Zug aufzuspringen.<\/p>\n<p>2004 hat das amerikanische National Renewable Energy Laboratory (NREL) zw\u00f6lf biobasierte Chemikalien benannt, die als Top-Kandidaten f\u00fcr die industrielle Umsetzung galten. Seither ist eine Menge passiert; im Nachfolgebericht 2016 gibt es wieder eine Liste mit zw\u00f6lf vielversprechenden Kandidaten. Die Schnittmenge beider Listen ist moderat und besteht aus Bernsteins\u00e4ure, Glycerin und para-Xylen.<\/p>\n<p>Auch die EU bem\u00fcht sich darum vorherzusagen, welche biobasierten Chemikalien eine Zukunft haben. RoadToBio ist ein EU-gef\u00f6rdertes Projekt, das 2017 gestartet ist und dessen Ziel bis 2019 die Erstellung einer Roadmap ist. Die soll der europ\u00e4ischen Chemie die \u201esweet spots\u201c aufzeigen, an denen eine biobasierte Produktion Sinn macht. Im ersten Schritt wurde daf\u00fcr eine Liste von 120 Chemikalien erstellt, die wirtschaftliches Potential zeigen. Ausgew\u00e4hlt wurden nur Substanzen, die ein \u201etechnology readiness level\u201c (TRL) von 6 oder h\u00f6her haben. Das hei\u00dft, dass die Entwicklung des Prozesses mindestens im Pilotma\u00dfstab angelangt ist. Gleichzeitig wurden die Wertsch\u00f6pfungsketten von 500 Petrochemikalien unter technischen Gesichtspunkten untersucht. 85% der Wertsch\u00f6pfungsketten bieten Ankn\u00fcpfungspunkte, an denen eine biobasierte Chemikalie eine erd\u00f6lbasierte ersetzen kann. Die Chemikalien, die am h\u00e4ufigsten als ersetzbar genannt wurden, sind Ethylen, Propylen und Methanol.<\/p>\n<h3>RoadToBio untersucht die Schnittstellen zwischen biobasierten und erd\u00f6lbasierten Chemikalien<\/h3>\n<p>Sowohl der NREL-Bericht als auch <a href=\"https:\/\/www.roadtobio.eu\/\" target=\"_blank\">RoadToBio <\/a>untersuchen nur Produkte, deren Entwicklung mindestens im Pilotma\u00dfstab angelangt ist. Weiterhin arbeiten beide Studien bislang entlang der Wertsch\u00f6pfungsketten petrochemischer Produkte. Ein typischer Produktbaum beginnt bei einem niedrigpreisigen Ausgangsstoff\u00a0 wie Ethylen und verzweigt dann in h\u00f6herwertige Zwischenprodukte wie Polyethylen, Ethylenoxid oder Vinylacetat. Die Zwischenprodukte k\u00f6nnen wiederum vielf\u00e4ltig eingesetzt werden; Vinylacetat kann ebenso gut in Klebstoff eingesetzt werden wie in Autolack.<\/p>\n<p>Wann immer eine erd\u00f6lbasierte 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 Wertsch\u00f6pfungsketten, w\u00e4hrend die anderen 71 dedizierte Chemikalien sind. Dedizierte Chemikalien haben kein petrochemisches Gegenst\u00fcck und er\u00f6ffnen damit ganz neue Wege. Milchs\u00e4ure als Basis f\u00fcr den Biokunststoff Polylactid ist ein bekanntes Beispiel f\u00fcr eine dedizierte Chemikalie. Im Gegensatz dazu sind Drop-ins biobasierte Versionen von bereits existierenden Chemikalien und chemisch mit diesen identisch. Die dritte Gruppe &#8211; Smart drop-ins &#8211;\u00a0 haben dar\u00fcber hinaus noch einen zus\u00e4tzlichen Vorteil, zum Beispiel einen schnelleren oder einfacheren Produktionsweg oder einen geringeren Energieverbrauch.<\/p>\n<p>Im NREL-Bericht wurden einige Produkte ganz bewusst ausgeschlossen, n\u00e4mlich solche, die in Konkurrenz zu erdgasbasierten Chemikalien stehen w\u00fcrden. Diese Substanzen durch biobasierte zu ersetzen, wird als nicht realistisch angesehen. Es bleibt abzuwarten, ob die RoadToBio-Forscher das genauso machen, wenn sie als n\u00e4chsten Schritt Drop-ins und dedizierte Chemikalien auf ihr Marktpotential untersuchen.<\/p>\n<p>Vier Chemikalien, die sowohl in der Top 12-Liste der NREL als auch auf der Top 49-Liste von RoadToBio verzeichnet sind, sind Bernsteins\u00e4ure, para-Xylen, Propylenglykol und Glycerin.<\/p>\n<h3>Bernsteins\u00e4ure<\/h3>\n<p>Der derzeitige Weltmarkt f\u00fcr die Dicarbons\u00e4ure umfasst 50.000 t\/a und ist haupts\u00e4chlich f\u00fcr Spezialchemikalien bestimmt. Im t\u00e4glichen Leben ist sie in der Tinte von Tintenstrahldruckern anzutreffen, wo 3% Bernsteins\u00e4ure daf\u00fcr sorgen, dass die Druckfarben nicht ineinander laufen. Die Hochrechnungen f\u00fcr das k\u00fcnftige 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 Produktionskapazit\u00e4ten von 400.000 Tonnen Bernsteins\u00e4ure. Die Mikroorganismen, die f\u00fcr die Fermentation eingesetzt werden sind B. succiniproducens, E. coli und S. cerevisiae. Die Firmen bauen darauf, dass sich Bernsteins\u00e4ure zur Plattformchemikalie entwickeln wird und sich dann eine weitaus gr\u00f6\u00dfere Produktpalette er\u00f6ffnet als Spezialchemikalien. Mit der Hydrierung von Bernsteins\u00e4ure zu 1,4-Butandiol und Tetrahydrofuran w\u00fcrde ein Markt von weiteren 2,4 Millionen t\/a zug\u00e4nglich. Wenn dies Realit\u00e4t wird, k\u00f6nnten in Zukunft auch Elasthan-Bekleidung und Polyurethan-Matratzen biobasiert sein.<\/p>\n<h3>Para-Xylen<\/h3>\n<p>Wird benutzt um Terepththals\u00e4ure und Dimethylterephthalat herzustellen, die beiden Bestandteile von Polyethylenterephthalat (PET).<\/p>\n<p>Para-Xylen wird fast ausschlie\u00dflich f\u00fcr die Herstellung von Polyestern eingesetzt, wobei aus dem gr\u00f6\u00dften Teil Fasern und Folien gemacht werden. Die gr\u00f6\u00dfte Aufmerksamkeit in den Bio\u00f6konomie-Medien haben aber die 27% genossen, die zu PET-Flaschen werden. Die Hauptabnehmer von PET \u2013 Coca-Cola, Ford, Heinz, Nike und Procter &amp; Gamble \u2013 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 erd\u00f6lbasierte Kohlenwasserstoffe weiterverarbeitet werden. Auf der Weltausstellung in Mailand 2015 wurde eine 100% biobasierte PET-Flasche gezeigt. Das para-Xylen daf\u00fcr stammte aus einer Demonstrationsanlage, mit einer Produktion im industriellen Ma\u00dfstab ist nicht vor 2021 zu rechnen. Die chemokatalytischen Verfahren von Micromidas und Annellotech basieren wie das von Virent auf Zellulose, w\u00e4hrend Biochemtex auf Lignin setzt. Das einzige Unternehmen, das ein Fermentationsverfahren verwendet, ist Gevo: Zucker aus Biomasse wird mit Hefe zu Isobutanol fermentiert und anschlie\u00dfen chemisch zu para-Xylen transformiert.<\/p>\n<p>Derzeit hat keine der Firmen die Produktionskapazit\u00e4ten, um den Weltmarkt von 65 Millionen t\/a zu beeinflussen.<\/p>\n<h3>Propylenglykol<\/h3>\n<p>Macht die Haut weich und die Haare leicht k\u00e4mmbar, wenn es in Bodylotion und Haarshampoo eingesetzt wird. Dar\u00fcber hinaus ist es vielseitig anwendbar vom Tierfutter bis zum Polyesterharz und hat deshalb einen Weltmarkt von 2,5 Millionen t\/a.<\/p>\n<p>Propylenglykol wird derzeit aus Propylen hergestellt und ist ein Nebenprodukt des Erd\u00f6lcrackings, deshalb ist sein Preis eng mit dem Erd\u00f6lpreis verkn\u00fcpft. F\u00fcr biobasiertes Propylenglykol wird \u00fcblicherweise Glycerin hydrogenolytisch mit Metallkatalysatoren reduziert, dabei k\u00f6nnen die Zusammensetzung des Katalysators und die Reaktionsbedingungen variiert werden. ADM hat daf\u00fcr 100.000 t\/a Produktionskapazit\u00e4ten 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.<\/p>\n<h3>Glycerin<\/h3>\n<p>Der Zuckeralkohol kann in Bodylotion und in Marzipan gleicherma\u00dfen verwendet werden, um die Haut oder die Mandelpaste zart und geschmeidig zu halten. Dar\u00fcber hinaus hat es mehr als 1.500 Anwendungsm\u00f6glichkeiten. Die Erd\u00f6lroute 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. Daf\u00fcr wird Pflanzen\u00f6l mit Alkohol verestert; pro 10 Tonnen Biodiesel entsteht dabei 1 Tonne Glycerin. Mit einer Weltjahresproduktion von ca. 2 Millionen Tonnen ist der Markt ges\u00e4ttigt, mit stabilen und historisch niedrigen Preisen. Die Industrie sucht deshalb nach Wegen, um h\u00f6herwertige Produkte aus Glycerin zu machen. Der Einsatz als Fermentationssubstrat f\u00fcr Bernsteins\u00e4ure, Zitronens\u00e4ure, 1,3-Propandiol und Biogas ist zum Teil schon industriell umgesetzt, ebenso wie die Anwendung als Tierfutter.<\/p>\n<h3>Wer macht das Rennen? Die Zusammenarbeit!<\/h3>\n<p>Wenn es so einfach w\u00e4re, den Erfolg eines biobasierten Produktes vorherzusagen, dann m\u00fcssten Regierungen nicht Heerscharen von Wissenschaftlern besch\u00e4ftigen 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 Schl\u00fcssen kommen wird wie die NREL-Studie. Der Erd\u00f6lpreis und politische Entscheidungen der Regierungen sind nur zwei Unw\u00e4gbarkeiten in der vieldimensionalen Matrix, die den wirtschaftlichen Erfolg eines biobasierten Produktes bestimmt.<br \/>\nEine der Gemeinsamkeiten der oben diskutierten Stoffe ist, dass es sich um Drop-in-Chemikalien handelt. Sie sind chemisch identisch mit ihren petrochemischen Gegenst\u00fccken und f\u00fcr die Weiterverarbeitung spielt es keine Rolle, ob sie aus Erd\u00f6l 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 gef\u00e4llt, solange es technisch machbar ist. Ein Verfahren ist nicht l\u00e4nger 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, \u00fcber den eigenen Tellerrand hinaus zu schauen und eine v\u00f6llig neue Perspektive im Teller der Nachbardisziplin zu finden.<\/p>\n<p>Beim Fokusthema \u201eBiotech For Chemistry\u201c der ACHEMA 2018 geht es um die Tatsache, dass Biotechnologie und Chemie immer weiter zusammenwachsen. Im Kongressprogramm gibt es Pr\u00e4sentationen \u00fcber neuartige Prozesse und Produkte, w\u00e4hrend die Ausstellung die Ausr\u00fcstung zeigt, die f\u00fcr biotechnologische und chemische Prozesse jeglichen Ma\u00dfstabs eingesetzt wird.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Die vollst\u00e4ndigen Studien von NREL und RoadToBio gibt es hier zum Herunterladen in englischer Sprache:<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.roadtobio.eu\/uploads\/publications\/deliverables\/d11.pdf\" target=\"_blank\">https:\/\/www.roadtobio.eu\/uploads\/publications\/deliverables\/d11.pdf<\/a><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.nrel.gov\/docs\/fy16osti\/65509.pdf\" target=\"_blank\">https:\/\/www.nrel.gov\/docs\/fy16osti\/65509.pdf<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Die Zeiten f\u00fcr biobasierte Produkte sind wegen des niedrigen Erd\u00f6lpreises hart Um die Klimaerw\u00e4rmung zu stoppen, haben viele Regierungen Ziele f\u00fcr den Einsatz biobasierter Energie und Produkte festgelegt Kandidaten sind Bernsteins\u00e4ure, Propylenglykol, para-Xylen und Glycerin Erd\u00f6l ist eine endliche Ressource und wenn wir es weiterhin verwenden, wird das die Klimaerw\u00e4rmung beschleunigen. 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