Bio-Polymere
Wie effizientes Mischen zu einer Kreislaufwirtschaft beitragen kann
Entstehen eines neuen Marktes - biobasierte Polymere
Mit der Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Grundstoffen für die chemische Industrie auf Basis von Biomasse werden im Wesentlichen drei Ziele verfolgt:
- Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Reduzierung der 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 ein starkes Wachstum, das auf folgende Faktoren zurückzuführen ist:
- Das zunehmende Interesse der Verbraucher an nachhaltigeren Konsumgütern
- Verstärkte Bemühungen der Industrie und der Markenhersteller, biobasiertes
- Die Behebung eines potenziellen Versorgungsengpasses bei Olefinen und einigen stark nachgefragten Aromaten, wodurch die Verwendung neuer Rohstoffe und neuer Produktionsverfahren gefördert wird
Was sind die Herausforderungen für den großtechnischen Einsatz der biobasierten Chemie?
- Produktionskosten im Vergleich zu erdölbasierten Verfahren
- Zugang zu erneuerbaren Ressourcen
- Die Entwicklung von Versorgungssektoren
- Der Bau von Bioraffinerien, die Synergien zwischen verschiedenen Biomassekonversionen nutzen, z. B. zwischen der Herstellung von Biokraftstoffen und Bioprodukten
- Die Entwicklung neuer, biobasierter Produkte
- Der Markt ist weiterhin stark von wichtigen wirtschaftlichen und politischen Faktoren abhängig, wie Ölpreisänderungen, die den Aufbau von Produktionskapazitäten für biobasierte Zwischenprodukte wahrscheinlich begünstigen oder nicht
- Das Fehlen oder umgekehrt die Einführung von öffentlichen und regulatorischen Anreizen
Prozessketten für die Herstellung von biobasierten Polymeren - die Bioraffinerie
Die so genannte „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 Nahrungs- und Futtermittelproduktion. Modernere Verfahren, so genannte Bioprozesse der zweiten Generation, zielen darauf ab, nahezu alle Bestandteile nachwachsender Rohstoffe zu verwerten, d.h. möglichst viele oder sogar alle Pflanzenbestandteile.
Der analoge Gedanke liegt den Erdölraffinerien seit Jahrzehnten zugrunde, weshalb das Grundkonzept der Bioraffinerie auf den etablierten chemischen Verfahren der Petrochemie basiert. Im ersten Schritt einer Bioraffinerie wird die Biomasse einer physikalischen Stofftrennung unterzogen. Die Haupt- und Nebenprodukte werden dann mikrobiologischen und/oder chemischen Umwandlungsreaktionen und thermischen Prozessen unterzogen.
Als Beispiel kann eine Bioraffinerie auf der Basis von Lignocellulose betrachtet werden. Dabei werden natürlich trockene Rohstoffe wie Stroh, Gras, Waldrestholz oder zellulosehaltige Abfälle aus der Papierindustrie als Ausgangsprodukt verwendet. Auf dieser Basis werden Produkte in drei verschiedenen Linien hergestellt: In der Ligninlinie können Klebstoffe, Bindemittel, Brennstoffe oder chemische Produkte hergestellt werden. In der Hemicellulose-Linie können Verdickungsmittel und Xylose-Derivate wie Nylon hergestellt werden. Und in der Zelluloselinie werden aus Glukose Fermentationsprodukte wie Ethanol oder Milchsäure gewonnen, aus denen wiederum Polymilchsäure (PLA) hergestellt werden kann.
Produktion und Reinigung von biobasierten Monomeren zur Weiterverarbeitung zu Bio-Polymeren
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 Stofftransport, den Wärmetransport und 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.
Für all diese verschiedenen Prozessschritte bietet EKATO nicht nur die passenden Rührwerke an, sondern unterstützt Sie sowohl in der Prozessentwicklung der einzelnen Herstellungsschritte, als auch im Engineering kompletter rührtechnischer Reaktorsysteme.
Einige biobasierte Polymerprodukte wie Polymilchsäure (PLA) oder andere Polyester haben bereits Marktreife erlangt oder befinden sich auf der „Zielgeraden“ der Prozessentwicklung. Um die Unabhängigkeit von fossilen Ausgangsprodukten zu fördern – und natürlich, um die anspruchsvollen Klimaziele zu erreichen – werden viele biobasierte Produkte und ihre Herstellungsverfahren in den kommenden Jahren in den industriellen Maßstab wachsen.
Das sichere Scale-up dieser Prozesse und die Energieeffizienz der einzelnen Prozessschritte sind dabei von zentraler Bedeutung. Im Rahmen dieser Entwicklungen und Anpassungen neuer Technologien kann modernste Rühr- und Mischtechnik von EKATO einen wesentlichen Beitrag leisten.
