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Institut Dr. Flad
Berufskolleg für Chemie, Pharmazie und Umwelt

Ausbildung mit Markenzeichen. Seit 1951.

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Die Natur als chemische Fabrik

Prof. Dr. Thomas Hirth, Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie

Samstag, 29. September 2007, 09.00 Uhr
Vortrag am Institut Dr. Flad

Bilder zum Vortrag

 

Die Natur als chemische Fabrik
Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe

Für die Herstellung chemischer Produkte waren bisher Kohle, Erdgas und Erdöl die Basisrohstoffe. Aber immer wichtiger werden nachwachsende Rohstoffe. Die treiben- den Faktoren hierfür sind das Bevölkerungswachstum, die Ressourcenverknappung, die Rohstoffkosten, der Treibhauseffekt und das Streben nach nachhaltiger Ent- wicklung. Der Entwicklungsschwerpunkt liegt in der industriellen Biotechnologie und der stofflichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe. Hierfür wird die Syntheseleistung der Natur genutzt, in der aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Zucker gebildet wird.

Nachwachsende Rohstoffe sind land- und forstwirtschaftlich erzeugte Produkte, die nicht für die Nahrung gedacht sind. Diese Produkte können sowohl stofflich als auch energetisch genutzt werden. Nachwachsende Rohstoffe für biobasierte Produkte machen in Deutschland etwa 10 - 12% aus.

Es gibt drei verschiedene Produktlinien für nachwachsende Rohstoffe:

  • Bioenergie (Holz)
  • Biokraftstoffe (Biodiesel, Bioethanol)
  • Biobasierte Produkte (Polymere, Tenside)

Bei dem Einsatz nachwachsender Rohstoffe sind beispielsweise die ausreichende Verfügbarkeit, die konstante Qualität, wettbewerbfähige Preise, elementare und stoff-liche Zusammensetzung zu beachten. In der chemischen Industrie werden etwa 10% nachwachsende Rohstoffe, 10% Erdgas, 3%Kohle und 77% Naphtha als Rohstoffe eingesetzt. Als Beispiel für biobasierte Produkte werden Polymere, Lösungsmittel, Pharmawirk-stoffe, Kosmetika, Tenside, Farbstoffe, Fasern, Kraftstoffe und Schmierstoffe ange-führt. Der nachwachsende Rohstoff kann chemisch, thermisch und biotechnisch genutzt werden. Jedoch gibt es einige Probleme. Die Probleme biotechnologischer Prozesse sind Raum-Zeit-Aus-beuten und Produkt- und Substrattoleranz. Bei chemischen Prozessen gibt es unzu-reichende Verfahren und ungenügend Katalysatoren. Das Problem bei thermischen Prozessen (Verbrennung, Vergasung, Pyrolyse) ist, dass der Wasserstoff im Unter-schuss vorhanden ist. Ideal für das Fischer-Tropsch-Verfahren ist ein Verhältnis 2 : 1 von Wasserstoff : Kohlenstoffmonoxid.

Plattformchemikalien:

Plattformchemikalien sind ein ganzer Stammbaum wichtiger Substanzen, aus denen viele Einzelsubstanzen gewonnen werden können. So kann beispielsweise aus Glukose Ethanol, Milchsäure, Bernsteinsäure und Sorbit hergestellt werden. Um Milchsäure herzustellen, wird Glukose zunächst in Brenztraubensäure umgewandelt. Dadurch entsteht Milchsäure, die durch Fermentation zu Polymilchsäure wird. Polymilchsäure wird heut zu Tage bereits für Verpackungen, Einweggeschirr und Getränkeflaschen verwendet.

Weiterhin kann man Lingocellulose als wichtigen Rohstoff für die Herstellung von chemischen Produkten sehen. Lingocellulose besteht aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Um es zu trennen, gibt es verschiedene Aufschlussverfahren, z.B. das Sulfat-Verfahren, das Sulfit-Verfahren, das Hydrothermalverfahren und das physikalisch- enzymatische-Verfahren. Lignin wird dann unter anderem für Thermoplaste genutzt.

Fette und Öle werden als Rohstoff für die Herstellung von Waschmittel und Reiniger, Schmierstoffe und -öle, Lacke und Polymere genutzt. So wird zum Beispiel aus Triglyceriden durch Fettspaltung 1 Mol Glycerin und 3 Mole Fettsäuren (Ölsäure, Linolsäure und Stearinsäure) gewonnen.

Als andere Plattformchemikalie wird noch Glycerin angeführt, aus der man unter anderem Propandiol, Epichlorhydrin und Allylalkohol herstellen kann.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass ein zunehmender Einsatz von nach-wachsenden Rohstoffen zu beobachten ist. Bioethanol, Milchsäure, Glycerin und Fettsäuren sind bereits im Einsatz. Die Syntheseleistung der Natur wird optimal ausgenutzt und biobasierte Produkte bieten interessante Eigenschaften.

Stephanie Korff und Christina Mohn, LG 57

 

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