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28 ÖKobIlanZ naChhaltIgeRe ChemIe Chemie oder Bio? Chemie und Bio! Schon seit vielen Jahren gibt es den scheinbaren Konflikt zwischen Chemie und Bio. Erstere steht typischerweise für die Produk t ion mit organischen Lösemitteln unter hohem Druck und erhöhten Temperaturen. Bio umfasst die biotechnologischen Verfahren, bei denen spezielle Mikroorganismen oder daraus isolierte Enzyme in wässriger Lösung unter milden Bedingungen die gewünschten Rohstoffe bilden. Tatsächlich haben biotechnologische Prozesse große Fortschritte gemacht. Sie sind heute effizienter und wirtschaftlicher als noch vor wenigen Jahren. Sie sparen Fließschema des enzymatischen und des chemischen Herstel lungsprozesses für EmollientEster, die Evonik mittels einer Ökobilanz verglichen hat elements36 Ausgabe 3|2011 Lassen sich Holzabfälle vollständig für Che mieprodukte verwerten? Dieser Frage geht ein Forschungsverbund aus 20 Partnern, darunter Evonik, in Leuna nach Konventionell Flüchtige Verbindungen Abwasser Abwasser Feststoffabfälle in der Regel Energie, erzeugen wenig Abfall, die Gefahren für Mensch und Umwelt sind gering. Dieses Potenzial nutzt Evonik beispielsweise für die biotechnologische Produktion sogenannter Emollient-Ester, wichtiger Inhalts stoffe für zahlreiche Hautpflege produkte. Evonik produziert sechs dieser Ester als weltweit einziger Anbieter auf biotechnologischem Weg mit maßgeschneiderten Enzymen. Das jüngste Pro dukt dieser Reihe, TEGOSOFT® AC, zeichnet sich durch besondere Leichtig keit und geringe Öligkeit aus. Die Ökobilanz spricht eine deutliche Rohstoffe Reaktion Desodorierung Bleichen Trocknen Filtration Verpackung Katalysator Dampf Bleichmittel Filterhilfsstoffe Sprache. Der Vergleich der Herstellung eines Emollient-Esters durch Lipase B aus einem Candida-Bakterium mit der konventionellen Synthese bei 220 °C mit Zinn(II)salzen als Katalysator zeigte: Der biokatalytische Weg spart mehr als 60 Prozent Energie und vermeidet 88 Prozent umweltbelastende Verunreinigungen. Trotz solcher Erfolge wird auch heute noch die überwiegende Zahl der Chemiepro dukte klassisch synthetisiert. Denn biotechnologische Prozesse benötigen eine lange Entwicklungszeit, die Aufar beitung, Reinigung und Konzentration der erzeug- Enzymatisch Rezyklierter Katalysator Temperatur > 180 °C 140 °C 100 °C 60 °C 20 °C Rohstoffe Reaktion Verpackung
ten Bioche mikalien ist aufwendig, der Umgang mit empfindlichen Zellen oder Enzymen nicht immer einfach. Chemie oder Bio? In vielen Fällen stellt sich diese Frage so gar nicht. In Zukunft wird die Kombination aus beidem der Königsweg sein. Wenn chemische und biologische Synthesen verzahnt werden, können beide Disziplinen ihre Stärken kombinieren: die Che mie beim Umsatz großer Volumina und bei der Synthese einfacher Mole küle, die Biologie bei der Bildung komplexer Struk tu ren und der Umwand lung schwer spaltbarer Ausgangsstoffe. Ein Einstieg in diese neue Kooperation könnten Bioraffinerien sein. In diesen Anlagen entstehen analog zu petrochemischen Raf finerien kaskadenartig ganz unterschiedliche Chemikalien, Roh stoffe oder Kraftstoffe – allerdings nicht aus Rohöl, sondern aus Biomasse. Bioraffinerien der zweiten Generation verarbeiten nicht mehr nur Stärke und Zucker wie ihre Vorgänger, sondern Ligno cellulose aus Pflanzenab fäl len wie Stroh und Bagasse, den fase rigen Überresten der Zuckerherstellung. Evonik beteiligt sich an einem Forschungsverbund aus 20 Part nern, der eine Testanlage im 100-Tonnen-Maßstab am Chemie standort Leuna in Betrieb nehmen will. In der dreijährigen Pilot phase soll die vollständige Verwertung von Holzab fällen in Chemie produkte erstmals getestet und die Basis für industrietaugliche Prozes se gelegt werden. Gelingt es, wertvolle Rohstoffe aus Materialien herzustellen, die bisher nichts weiter als Abfälle oder billige Brennstoffe sind, wäre das ein großer Schritt nach vorn – für die weiße Biotech no logie als Disziplin, aber auch ganz allgemein für eine nachhaltigere Chemie. ÖKobIlanZ 29 333 gearbeitet. Die objektive Darstellung inklusive aller Randbedingungen und die Interpretation der Ergebnisse sind daher von zentraler Bedeutung. Dagegen sind die Resultate für fossile Rohstoffe recht gut nach vollziehbar und zeigen relativ geringe Abweichungen. Auf Ökobilanzen spezialisierte Firmen haben mittlerweile Software- Pakete entwickelt, die die vielen Einflussfaktoren in einen praktikablen Zusammenhang bringen. Evonik nutzt für seine Berechnungen eine Software mit dem Namen GaBi, entwickelt von PE International mit Sitz in Stuttgart – eine Firma, die Marktführer ist bei Ökobilanzmodulen für industrielle Prozesse. Trotz aller Fragen, die Ökobilanzen und Carbon Footprint derzeit noch aufwerfen: In fünf bis zehn Jahren, davon sind wir überzeugt, wird die ganzheitliche Bilanzierung von alternativen Rohstoffen, von neuen Produkten und Prozessen im chemischen Alltag fest verankert sein. Bis dahin werden sich Standardisierung und Normung weiterentwickelt haben. Transparenz, Glaubwürdigkeit, Vergleichbarkeit und Zuverlässigkeit der Resul tate werden wachsen. Allerdings: Life Cycle Thinking ist eine bestimmt nicht einfache Herausforderung. Wir stehen erst am Anfang einer umwälzenden Entwicklung. Die chemische Industrie muss über kurz oder lang ihre gesamte Rohstoffbasis neu entwickeln. Sie muss ihre endlichen fossilen Rohstoffe wann immer möglich und sinnvoll gegen nachwachsende ersetzen. Und das nicht nur durch bloßen Austausch, sondern auch durch wirtschaftliche und geschickte Integration in die bestehenden Produktionsketten. LCA und Carbon Footprint helfen dabei, den Blick aufs Ganze zu richten, Zusammenhänge zu verstehen, einzelne Abschnitte einer Wertschöpfungskette zu bewerten und Schwachstellen aufzuspüren. Sie helfen, anders gesagt, ganzheitlich zu denken – eine unabdingbare Voraussetzung in einer Welt mit immer komplexeren Rohstoff- und Produktströmen, mit weiter wachsenden Anforderungen an Umwelt- und Klimaschutz, mit der Verpflichtung, zur Verfügung stehende Rohstoffe so sparsam, so intelligent und so effizient wie nur möglich zu nutzen. 777 thomas engenhorst studierte Bioingenieurwesen an der TU Braunschweig, wobei er ein Jahr unter Förderung des Deutschen Akademischen Austauschdienstes an der Universität Waterloo in Kanada absolvierte. Er ist seit 2008 Mitarbeiter bei Verfahrenstechnik & Engineering. Neben der Bearbeitung von bioverfahrenstechnischen Fragestellungen ist er in der LCA-Gruppe für Koordination, Durchführung und Weiterentwicklung von Life Cycle Assessments und deren Nutzung unter anderem bei Kunden, Industrieverbänden sowie im Rahmen von Förderprojekten verantwortlich. +49 6181 59-3865, thomas.engenhorst@evonik.com Dr. Karsten grönke studierte Verfahrenstechnik an der TU Cottbus. Nach einem Auslandsjahr an der TU Delft im Bereich Biotechnologie, Diplomarbeit bei der Bayer AG in der Bioverfahrenstechnik und Promotion in der Fermentationstechnik am Institut für Biotech nologie im Forschungszentrum Jülich ist er seit 2006 in der biotechnologischen Prozessentwicklung im Service - bereich Verfahrenstechnik & Engineering tätig. Da ne ben entwickelt er in der LCA-Gruppe im S2B Eco² LCA-Methoden und erstellt Ökobilanzen – für Produkte und Forschungsprojekte von Evonik. +49 2365 49-2384, karsten.groenke@evonik.com elements36 Ausgabe 3|2011
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