Biopolymere

Die Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Grundstoffen für die chemische Industrie auf Basis von Biomasse verfolgt drei Hauptziele:

• Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Verringerung von Treibhausgasemissionen und zur Bekämpfung des Klimawandels
• Entwicklung einer „nachhaltigen“ Kreislaufwirtschaft
• Verringerung der Abhängigkeit des Chemiesektors von fossilen Rohstoffen (Erdöl, Erdgas, …)

Obwohl der Markt für biobasierte Produkte noch in den Kinderschuhen steckt, verzeichnet er derzeit aufgrund der folgenden Faktoren ein starkes Wachstum:

• Zunehmendes Interesse der Verbraucher an nachhaltigeren Konsumgütern
• Verstärkte Bemühungen der Industrie und von Markenherstellern, biobasierte Verpackungsmaterialien anzubieten
• Die Lösung eines potenziellen Versorgungsengpasses bei Olefinen und einigen stark nachgefragten Aromaten, was die Nutzung neuer Rohstoffe und neuer Produktionsverfahren begünstigt

• Produktionskosten im Vergleich zu erdölbasierten Verfahren
• Zugang zu erneuerbaren Ressourcen
• Die Entwicklung von Versorgungssektoren
• Der Bau von Bioraffinerien, die Synergien zwischen verschiedenen Biomasseumwandlungen nutzen, zum Beispiel zwischen der Produktion von Biokraftstoffen und Bioprodukten
• Die Entwicklung neuer biobasierter Produkte
• Der Markt bleibt stark von wirtschaftlichen und politischen Schlüsselfaktoren abhängig, wie etwa Ölpreisänderungen, die den Aufbau von Produktionskapazitäten für biobasierte Zwischenprodukte begünstigen können oder nicht
• Das Fehlen oder umgekehrt die Einführung öffentlicher und regulatorischer Anreize

Die sogenannte „Bioraffinerie“ entwickelt sich als Alternative zu den klassischen petrochemischen Verfahren, die meist auf Naphtha oder Erdgas basieren. Die ursprünglichen Verfahren der Bioraffinerie basierten hauptsächlich auf Zucker als Ausgangsprodukt – und standen damit in Konkurrenz zur Erzeugung von Lebens- und Futtermitteln. Modernere Verfahren, sogenannte Bioprozesse der zweiten Generation, zielen darauf ab, nahezu alle Komponenten regenerativer Rohstoffe zu nutzen, d. h. so viele oder sogar alle Pflanzenbestandteile wie möglich.

Die analoge Idee bildet seit Jahrzehnten die Grundlage von Erdölraffinerien, weshalb das Grundkonzept der Bioraffinerie auf den etablierten chemischen Prozessen der Petrochemie basiert. Im ersten Schritt einer Bioraffinerie wird die Biomasse einer physikalischen Stofftrennung unterzogen. Die Haupt- und Nebenprodukte werden anschließend mikrobiologischen und/oder chemischen Umwandlungsreaktionen sowie thermischen Prozessen unterzogen.

Als Beispiel kann eine Bioraffinerie auf Basis von Lignozellulose dienen. Diese nutzt natürlich trockene Rohstoffe wie Stroh, Gras, Forstrückstände oder zellulosehaltige Abfälle aus der Papierindustrie als Ausgangsprodukt. Auf dieser Basis werden Produkte in drei verschiedenen Linien hergestellt: In der Lignin-Linie können Kleber, Bindemittel, Kraftstoffe oder chemische Produkte hergestellt werden. In der Hemizellulose-Linie können Verdickungsmittel und Xylose-Derivate wie Nylon produziert werden. Und in der Zellulose-Linie werden aus Glukose Fermentationsprodukte wie Ethanol oder Milchsäure gewonnen, aus denen Polymilchsäure (PLA) hergestellt werden kann.

Die aerobe Fermentation spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von biobasierten Plattformchemikalien oder Monomeren. Der gerührte Großfermenter ist eine hocheffiziente Prozesslösung, insbesondere im Hinblick auf den Stoffübergang, den Wärmeübergang sowie die dadurch erzielbare Ausbeute und Produktqualität. Im Anschluss an die Herstellung dieser biobasierten Monomere werden diese gereinigt, was häufig in einem Kristallisationsschritt geschieht. Am Ende steht die Polymerisation oder Polykondensation zum biobasierten Polymer.

EKATO bietet nicht nur für all diese verschiedenen Prozessschritte das passende Rührwerk an, sondern unterstützt Sie sowohl bei der Prozessentwicklung der einzelnen Fertigungsschritte als auch beim Engineering kompletter Rührreaktorsysteme.

Einige biobasierte Polymerprodukte wie Polymilchsäure (PLA) oder andere Polyester haben bereits die Marktreife erreicht oder befinden sich bereits auf der „Zielgeraden“ der Prozessentwicklung. Um die Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu fördern – und natürlich um anspruchsvolle Klimaziele zu erreichen – werden viele biobasierte Produkte und deren Herstellungsverfahren in den kommenden Jahren auf industriellen Maßstab anwachsen. Die sichere Modellumrechnung dieser Prozesse und der Wirkungsgrad der einzelnen Prozessschritte sind dabei von zentraler Bedeutung.

Im Kontext dieser Entwicklungen und Anpassungen neuer Technologien kann die moderne Rühr- und Mischtechnik von EKATO einen wesentlichen Beitrag leisten.