Auf dem Holzweg

Basischemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen

02.12.2015 Not macht erfinderisch – das wäre die zugegeben etwas gemeine Interpretation für das, was derzeit in Sachsen-Anhalt (SA) geschieht. Mit der Wiedervereinigung der beiden Deutschlande wanderte nicht nur die D-Mark Richtung Osten; viele ehemalige Bürger der DDR verschlug es gen Westen. Und da es sich dabei vor allem um die jungen, gut ausgebildeten handelte, leiden Bundesländer wie SA heute wirtschaftlich.

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Wie also Industrie in eine Gegend locken, die sich entgegen Helmut Kohls Versprechen niemals in blühende Landschaften verwandeln hatte? Aus dieser Fragestellung entstand im Jahr 2009 das Bioeconomy-Cluster. Seine Aufgabe ist es, die beiden in SA bereits vorhandenen Wirtschaftszweige in einer einzigen Wertschöpfungskette zusammenzubringen: die Holzindustrie und die chemische Industrie. Dabei spielt die „Grüne Chemie“ eine zentrale Rolle. Kurz zusammengefasst geht es dabei um die Entwicklung weg von der klassischen Petrochemie hin zu einer Chemie, die auf nachwachsenden Rohstoffen basiert.

Vom Abfall zum Rohstoff
Der gemeinsame Nenner in SA ist dabei die Buche geworden; aus einem einfachen Grund: Rund 40 Prozent aller deutschen Exemplare dieser Baumart stehen in dem Bundesland. Diesen Bestand sollen sich die beiden Industriezweige künftig teilen und dadurch der Region zu Prosperität verhelfen, erklärt Holger Koth, Leiter des Landesforstbetrieb Süd SA. Nach seiner Vorstellung sollen fünfzig Prozent des Baumes in der klassischen Holzindustrie und fünfzig Prozent als Grundstoff für die chemische Industrie weiterverarbeitet werden. Zentrale Rolle spielt hierbei Lignin, ein Stoff der bei der Gewinnung von Zellstoff als Abfallprodukt anfällt. In der Zellwand der Pflanze eingelagert, verleiht er Holz seine Druck- und Bruchfestigkeit. Bisher kam Lignin höchsten dann in der Chemie zum Einsatz, wenn er zum Gewinnen von Prozessenergie verbrannt wurde. Mit neuen Methoden der Rohstoffaufbereitung wollen Forscher des Max-Planck-Institut für Dynamik und des Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse (CBP) Leuna seine Rolle nun deutlich aufwerten und zum Ausgangsstoff recyclingfähiger und CO2-neutraler Werkstoffe machen sowie Kunststoffe auf Basis fossiler Rohstoffe ersetzen: „Unser Ziel ist klar definiert: Wir wollen vom Öl wegkommen“, erklärt Tino Elter, wissenschaftlicher Mitarbeiter am CBP.

Pilotanlage belegt Machbarkeit
Um das Lignin aus den Holzfasern (Lignozellulose) gewinnen zu können, setzen die Wissenschaftler auf den bereits bekannten Organo-Solv-Prozess. Damit lösen sie das Lignin bei rund 200 °C in Ethanol und Wasser und fällen das Produkt im Anschluss aus der erhaltenen dunkelbraunen Lösung mittels Ethanolverdampfung und Verdünnung aus. Anschließend wird noch filtriert und getrocknet – und fertig ist das Lignin. Was hier recht simpel klingt, ist in der Praxis allerdings derzeit noch energetisch aufwendig, unwirtschaftlich und dazu noch schwer zu steuern. Denn stimmt das Verhältnis zwischen Temperatur und Ethanol-Konzentration nicht, droht das Lignin zu einer zähen, pechschwarzen Masse zu verkleben. Ein Jahr lang testete und analysierte Peter Schulze, „dann hatten wir die Lösung und das perfekte Verhältnis“, erinnert sich der Chemieingenieur des Max-Planck-Institut an seinen Heureka-Moment. Mittlerweile steht in Leuna eine Pilotanlage, in die die Ergebnisse von Schulz einflossen. Durch Aufschluss und Fraktionierung gewinnen die Forscher aus Holz, Rinde und weiteren Reststoffen aber nicht nur Lignin, sondern auch Zellulose und Hemizellulose, sogenannte C5-/C6-Zucker, aus denen später Säuren, Alkohole und Schlempe entstehen. „Wir machen praktisch, was Whisky-Hersteller machen – aber schneller“, beschreibt Elter das Grundprinzip der Lignozellulose-Bioraffinerie. Am Ende des Prozesses steht allerdings kein hochprozentiges Destillat für die anschließende Fassreifung, sondern Basischemikalien für Aromaten, Phenolharze und Polyurethane. Um in einem World-scale-Maßstab mit diesem Prozess arbeiten zu können, könnte es laut Elter hierzulande allerdings mit dem Ausgangsmaterial knapp werden: „Ausreichend große Mengen an Biomasse sind eher im asiatischen Raum vorhanden. Das soll allerdings keine Absage an eine chemische Industrie auf Basis nachwachsender Rohstoffe mit deutschem Standort sein. Vorstellbar wäre es, dass wir die Ausgangsstoffe importieren und hier die weitere Wertschöpfung betreiben – wie es heute in der Petrochemie der Fall ist.“

Heftausgabe: Dezember 2015
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Über den Autor

Philip Bittermann, Redaktion
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