Rohstoffe für die Fabrik der Zukunft Forschungsaktivitäten des

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“? 2. Impulsprogramm Nachhaltig Wirtschaften – aktueller Stand 3. Nachwachsende Rohstoffe in der „Fabrik der Zukunft“

NWR als „Chemie-Rohstoffe der Zukunft“? • Ergebnisse des Projekts: „INDUSTRIAL BIOPRODUCTS – Chemikalien aus Biomasse für die chemische Industrie“ • Autor. Innen: 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 Normen Industrie 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 Du. Pont (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 ü fehlende Normen ü Preisschwankungen ü fehlende Technologieentwicklung ü 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

Kontakt Hans-Günther Schwarz Abteilung Energie- und Umwelttechnologien Tel. : +43 1 53464 2920 E-Mail: hans-guenther. schwarz@bmvit. gv. at Web: www. nachhaltigwirtschaften. at