Rohstoffe für die Fabrik der Zukunft

Forschungsaktivitäten des BMVIT im Bereich

nachwachsender Rohstoffe (I)

Umwelttechnik – Beirat

BMLFUW

17. Jänner 2005

Hans-Günther Schwarz

BMVIT, Abt. Energie- und Umwelttechnologien

Überblick

1. NWR als „Chemie-Rohstoffe

der Zukunft“?

3. Nachwachsende Rohstoffe

in der „Fabrik der Zukunft“

2. Impulsprogramm Nachhaltig

Wirtschaften – aktueller Stand

NWR als „Chemie-Rohstoffe der Zukunft“?

• Ergebnisse des Projekts:

„INDUSTRIAL BIOPRODUCTS – Chemikalien

aus Biomasse für die chemische Industrie“

• AutorInnen: S. Wagner, H. Böchzelt, H.

Schnitzer et al. (JOINTS / Joanneum Research)

• Im Auftrag des BMVIT

Erneuerbare Rohstoffe vs. Erdöl

• NWR sind meist polymere, hoch funktionalisierte Stoffe

oder Stoffgemische mit molekular gebundenem

Sauerstoff

• Synthesevorleistung der Natur nutzen Produkte, die

auf petrochemischem Weg aufwendig herzustellen sind

oder neue Produkte mit speziellen Eigenschaften

• Wissensvorsprung der Erdölchemie im Vergleich zur

Naturstoffchemie

Einsatz von „Biochemikalien“

• stoffliche Nutzung im Vergleich zur energetischen

Nutzung (Treibstoffnutzung) weniger weit industriell

entwickelt

• integrierte Produktion von Biochemikalien

forschungsseitig nur in der grünen Bioraffinerie

• biotechnologische Verfahren zur Erzeugung von

Grundchemikalien noch zu wenig entwickelt

Voraussetzungen

… für einen industriellen Einsatz von Biomasse:

• Preis

• Verfügbarkeit

• Verarbeitungstechnologie

Potential der verschiedenen Stoffgruppen

• aussichtsreichste Stoffgruppen: Fette und Öle (z.B. Cognis) und/oder Kohlenhydrate

• Fette und Öle aufgrund der vorhandenen Mengen und der bereits großtechnischen Umsetzung vieler Anwendungen (in der Kosmetik, als Tenside, Weichmacher, etc.) in der chemischen Industrie sehr interessant, energetisch wichtig als Biotreibstoffe

• Chemie der Fette und Öle bereits ausgeschöpft

• bei Kohlenhydraten besteht noch erheblicher Forschungsbedarf, insbesondere bei der Entwicklung neuer Prozesse (z.B. Ausbeute und Verfahren bei Herstellung von HMF aus Monosacchariden und Säure noch immer nicht ausgereift)

• Nutzung von Hemicellulosen in der Celluloseindustrie

Rohstoff: Wettbewerb und Preise (I)

• direkter Vergleich oft sehr schwierig, da einige Produkte aus NWR nicht aus Erdöl hergestellt werden können und umgekehrt

• Vergleich der Rohstoffarten derzeit nur nach Preis, Vergleich der Weltmarktpreise durch Subventionierung von NWR in der EU schwierig

• Vorteile erneuerbarer bzw. Nachteile fossiler Rohstoffe fließen nicht ein (vielleicht müssen sie das auch nicht, weil Erdöl in Zukunft teurer wird!?) – Wertschöpfung muss messbar gemacht werden

Rohstoff: Wettbewerb und Preise (II)• gemeinsame Strategien von Landwirten, Erzeugern und

Verteilern fehlen meist noch

• Strukturwandel der chemischen Industrie Chance für

erneuerbare Rohstoffe in der chemischen Produktion

(derzeit nur geringe Mengen von Naturstoffen im Einsatz)

• wichtig: Frage der Ökoeffizienz (gesamter Lebenszyklus ist

zu betrachten - von Methodenentwicklung bis zur

Markterschließung, Beispiel: Ökoeffizienzanalyse von

BASF)

Logistik

• Strukturproblematik Umwidmung der Nutzung bekannter

Nahrungsmittelpflanzen zu Industriepflanzen

• hohe Kosten der Lager- und Transportsysteme und hohe Preise

am Ort des Bedarfs direkte Verarbeitung der Rohstoffe an Ort

und Stelle, direkte Kooperationen mit Herstellern notwendig

• nötige Schnittstellen zwischen den Akteuren fehlen nach wie vor

• Pflanzen müssen zielgerichtet für ihren späteren Einsatzzweck

angebaut werden

• zu kleine Flächen in Österreich

Technologieentwicklung• bei NWR Mangel an Technologien zur Weiterverarbeitung der

Rohstoffe Abgleich bestehender Verarbeitungstechnologien oder

Entwicklung vollständig neuer Prozesse (Ausnahme: Oleochemie),

neue Vertriebswege notwendig

• Wissen im molekularen Bereich noch Mangel an Know - How und

einer engeren Auswahl an Grundbausteinen bei NWR

• Durchbruch bei der Herstellung von Basischemikalien (z.B. Propylenoxid

aus NWR) steht noch aus

• Nutzung von vorhandenen Technologien, Nutzung von Reststoffen

• Prozesse möglichst nach „Green Chemistry“ - Prinzipien

BIOTECHNOLOGIE• in Zukunft noch wichtiger (z.B. siehe Polymerherstellung von Dow)

• Herstellung von biologisch abbaubaren Kunststoffen, neue Enzymklassen und Spezialenzyme für die Waschmittelindustrie,..

• Verfahren zur Höherveredlung der Rohstoffe

• geeignete (Bio) - Katalysatoren

• resistentere, ertragreichere und wertstoffreichere Pflanzen (Versorgungssicherheit) durch Gentechnik

• mangelnde Akzeptanz in Öffentlichkeit

• Forderung der Industrie keine Erhöhung der Prozesskosten

durch Anwendung von Biotechnologie

Qualitätskriterien und NormenIndustrie fordert Produkte bekannter und konstanter Qualität:

• Entwicklung europäischer Normen Anforderungen an Qualitäts-,

Mengen- und Preisstabilität bis heute noch keine Definition der

dringend benötigten Qualitätsnormen

• Normen müssen derzeit noch in aufwendiger Eigenleistung durch

Anbieter und Anwender erarbeitet werden

• Qualitätskriterien können nicht ganz genau definiert werden

Einstellung einer möglichst eng gefassten Qualitätsbandbreite und

Berücksichtigung von Schwankungen bei Produktentwicklung und

Planung (Verträge zwischen Akteuren)

INDUSTRIELLE FORSCHUNG• Firmen informieren sich über Literatur- & Patentrecherchen und durch

Zusammenarbeit mit Universitäten und Forschungsinstituten, wenige

haben F&E – Abteilungen

• Firmen der chem. Industrie müssen ihre Forschungsgelder auf

aussichtsreichsten Produkte fokussieren

• staatlich finanzierte Vorlaufforschung

• mehr Transparenz von Wissenschaft, Ergebnisse besser zugänglich

machen, gemeinsame Sprache finden

• Zusammenarbeit bereits in Anfangsphase des Projektes (koordinierte

F&E-Forschung)

„Industrial Bio-Products“ in den USA

• Anlage zur PLA-Polymererzeugung in Nebraska von Cargill Dow

(jährliche Produktion von 136.000 t)

• Herstellung von 1,3 - Propandiol SORONA durch DuPont

(Polymervorstufe)

• Potentielle weitere Märkte für Bioprodukte: Polymere, Klebstoffe,

Lösungsmittel, Herbizide und Pharmazeutika

• Wichtige „neue“ Bioprodukte: Polylactid (Polymer aus Milchsäure),

Ethyllactat, 1,3 – Propandiol, Propylenglykol,

Polyhydroxyalkanoate u.a.

Bioprodukte in der EU

Wichtigste Rohstoffe und ihre Produkte:

• Fette/Öle als Tenside, Schmiermittel und Emulgatoren

(Tenside 1,2 Millionen t jährlich in der EU (1998)

hergestellt)

• Stärke (z.B. in Mischungen mit Copolymeren fossiler

Herkunft)

• Biofasern als Verbundstoffe

• Feinchemikalien für Pharmazie und für Kosmetika

ZUSAMMENFASSUNG (I)

• Erdölverknappung und –verteuerung auf lange Sicht sind

biobasierte Rohstoffe sowohl pflanzlich als auch tierisch einzige

Lösung für eine nachhaltige Entwicklung!

• Marktanteil seit 10 Jahren stabil bei 10%!

• größte Probleme nach wie vor Verfügbarkeit und Qualität der

Rohstoffe

fehlende Normen

Preisschwankungen

fehlende Technologieentwicklung

hoher Innovationsgrad aber geringe Wirtschaftlichkeit und

Praxisorientierung

ZUSAMMENFASSUNG (II)• aus all diesen Gründen Großteil der chemischen Industrie setzt noch

vorwiegend auf die Petrochemie

• viele Firmen kümmern sich nicht um die Herkunft ihrer Rohstoffe, nur Preis ist interessant Preis, Qualität und Verfügbarkeit des Rohstoffes entscheiden nach wie vor

• hier muss erst „Umdenken“ stattfinden

• trotzdem finden im Hintergrund in den größeren Konzernen sicher Strategienbildungen für die „Zeit nach Erdöl“ statt

• öffentliches Interesse an NWR zurückgegangen vor allem in Europa

• chemische Industrie der USA gibt aber „public acceptance“ als treibende Kraft für einen verstärkten Einsatz der industriellen Bioprodukte an verstärktes Marketing vonnöten

Hans-Günther SchwarzAbteilung Energie- und Umwelttechnologien

Tel.: +43 1 53464 2920

E-Mail: hans-guenther.schwarz@bmvit.gv.at

Web: www.nachhaltigwirtschaften.at

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