Nachwachsende Rohstoffe: Eine mögliche Basis für eine zukünftige stoffliche Ressource der Industrie

Erstauflage
ISBN: 238-152014082-6
Verlag: Diplomica Verlag

Buch, Deutsch, 100 Seiten, Format (B × H): 190 mm x 270 mm

Aufgrund der Rohstoffkrise, die der Weltwirtschaft laut vieler Experten aufgrund der Verknappung des Erdöls bevorsteht, wird die verstärkte Nutzung nachwachsender Rohstoffe nun schon seit Jahren diskutiert. Ziel ist es, eine langfristige Versorgung mit Produkten wie chemischen Grundstoffen zu gewährleisten und die ökologischen Auswirkungen fossiler Energieträger zu reduzieren. Stehen wir also vor einer neuen Rohstoffrevolution, oder ist die Vision der Konversion von Biomasse in Chemikalien, Energie und Kraftstoffe noch nicht ausgereift?

In der vorliegenden Arbeit soll anhand einer Analyse der bestehenden Literatur gezeigt werden, dass nachwachsende Rohstoffe als Basis einer stofflichen Ressource der Industrie großes Potential bieten. Zunächst werden ausgewählte Produkte, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren, dargestellt, und einige der bereits heute hergestellten Erzeugnisse im Hinblick auf ihre ökologischen Effekte bewertet. Außerdem soll veranschaulicht werden, mit welchen Technologien, Anlagekonzepten und Rahmenbedingungen die zukünftige industrielle Nutzung nachwachsender Rohstoffe erfolgreich umgesetzt werden kann. Dabei werden auch die Defizite einer verstärkten stofflichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe analysiert und Handlungsoptionen aufgezeigt.

Autoren/Hrsg.

Reinhardt, Stefan

Fachgebiete

• Wirtschaftswissenschaften Wirtschaftssektoren & Branchen Primärer Sektor
• Wirtschaftswissenschaften Wirtschaftssektoren & Branchen Energie- & Versorgungswirtschaft
• Wirtschaftswissenschaften Wirtschaftssektoren & Branchen Fertigungsindustrie

Leseproben

Textprobe:

Kapitel 2, Zukünftige stoffliche Nutzung von Nachwachsenden Rohstoffen:

Die zukünftige stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe betrachtet die Herstellung von Produkten auf der Basis nachwachsender Rohstoffe im Konzept der Bioraffinerie. Diskutiert wird der Grundgedanke, Plattformchemikalien zukünftig in Analogie zu den bereits bestehenden Erdölraffinerien in Bioraffinerien herzustellen. Dabei spielen die technologischen Verfahren zur Konversion von Biomasse in deren Bestandteile eine wesentliche Rolle für die Weiterverarbeitung in Kunststoffe, Plattformchemikalien und Kraftstoffe. Neben den wichtigsten chemischen und biotechnologischen Verfahren, werden die meistversprechenden Wege zur effizienten Synthese von Biomasse vorgestellt. Daneben findet sich ein Überblick über die verschiedenen Typen von Bioraffinerien, deren Produkte, als auch eine ökologische Bewertung.
2.1, Chemische Grundstoffe:

‘Die Petrochemie beruht auf dem Prinzip, aus Erdöl einfach zu handhabende und definierte, chemisch reine Grundstoffe in Raffinerien zu erzeugen.’ (Kamm, 2008) Der für die heutige Chemie wichtigste Grundstoff ist Naphtha, der beim cracken zu einer Vielzahl von Alkenen wie z.B. Ethen und Butan, sonstigen (un)gesättigten Kohlenwasserstoffe sowie aromatischen Verbindungen wie beispielsweise Benzol weiterverarbeitet wird. Obwohl die meisten Chemikalien auf der Basis von Erdöl produziert werden, findet sich in der Massenproduktion von Ethanol bereits heute ein wichtiges Beispiel biobasierter Chemikalien.
Auf Basis von Cellulose, Stärke und Pflanzenölen werden derzeit aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nur bestimmte ausgewählte Grundstoffe produziert, darunter Zitronen-, Milch- und Lävulinsäure, Sorbit, Glycerin, Cellulosederivate und Oleochemikalien (Oertel, 2007 S. 82).
Biomasse hat ein gänzlich anderes C-O-H-N-Verhältnis als Erdöl. So spielen sauerstoffhaltige Kohlenhydrate und insbesondere die Zucker – dazu gehören Glucose, Fructose, Xylose, Arabinose und Sucrose, sowie Stärke eine bedeutende Rolle, auch deshalb, da Biomasse über ihre Gesamtheit gerechnet aus über 75 % dieser Kohlenhydrate besteht. Diese eignen sich für die (biotechnische oder chemische) Produktion von sogenannten Building Blocks (mehrfach funktionalisierte molekulare Bausteine), um diese anschließend über ein Stammbaumsystem in eine Vielzahl hochwertiger Chemikalien und Materialien weiterzuverarbeiten (Busch, et al., 2005 S. 130f). Ein Beispiel hierfür bietet die Produktlinie Cellulose, Lignocellulose oder stärkehaltige Biomasse, die zuerst in Zucker (Plattform), dann zu Milchsäure (Building Block) umgewandelt wird, um anschließend zu Polymilchsäure (Material) weiterverarbeitet zu werden (Oertel, 2007 S. 82).
Von den weltweit im Handel über 100.000 verfügbaren verschiedenen chemischen Substanzen fallen über 95% des Umsatzes auf nur ca 1.500 (UN Department of Economic and Social Affairs, 2004). Im Jahre 2004 beauftragte das US Department of Energy ein Team bestehend aus der National Renewable Energy Laboratory und der Pacific Northwest National Laboratory Chemikalien aus Biomasse (Kohlenhydrate, Lignin, Fette, Proteine) zu identifizieren, die ökonomisch und technisch am erfolgversprechendsten sind. In die Bewertung flossen Kriterien wie Effizienz, chemische Funktionalität, Stammbaumfähigkeit, Nutzungs- und Marktpotential ein. Aus der anfänglich umfassenden Liste von über 300 potentiellen Chemikalien, konnten am Ende die Top 12 solcher Building Blocks identifiziert werden, zu denen folgende Chemikalien zählen: 1,4-Disäuren (Bernsteinsäure, Fumarsäure, Apfelsäure), 2,5-Furandicarbonsäure, 3-Hydroxypropionsäure, Asparaginsäure, Zuckersäure, Glutaminsäure, Itaconsäure, Lävulinsäure, 3-Hydroxybutyorolacton, Glyzerin, Sorbit sowie Xylit/Arabit (PNNL NREL, 2004 S. 3-13).
Die in Erdöl enthaltenen Kohlenwasserstoffe müssen durch entsprechende Synthesen in beispielsweise Alkene, Alkohole, etc. umgewandelt werden. Neben der direkt möglichen Nutzung von beis