Mit dem Zucker von Zuckerrüben hochwertige Kunststoffe herstellen und die Natur als chemische Fabrik benutzen - das wollen Forscher vom Fraunhofer Institut für Chemische Technologie.
"Die Idee war eigentlich, dass wir versuchen wollten, ein sogenanntes grünes Environment zu finden, eine grüne Umgebung, in der wir mit sehr umweltfreundlichen Bedingungen, nämlich Wasser als Lösungsmittel, Wasserstoff den man rein theoretisch auch aus nachwachsenden Rohstoffen generieren kann, und einem Katalysator in sehr hoher Ausbeute, diese Produkte zu generieren."
In Zukunft könnte Zucker in der Kunststoffindustrie Produkte ersetzen, die aus Erdöl gewonnen werden, sagt der Chemiker Professor Thomas Hirth. Zusammen mit dem Chemieunternehmen Dow ist es ihm nun erstmals gelungen, aus Zucker erste einfache Material-Muster herzustellen, sogenannte PUR-Schaumstoffe. Hirth:
"Polyurethanschaumstoffe spielen im täglichen Leben ja eine sehr große Rolle. Denken Sie im Prinzip an Bauteile aus dem Automobil, denken Sie an einen Sitz; in einer Instrumententafel sind Polyurethan-Schaumstoffe. Wir liegen nachts auf Matratzen, die aus Polyurethan bestehen. Wir haben Polyurethan-Dämmstoffmaterialien im Hausbereich. Also es gibt eine ganze Menge an Produkten, die aus Polyurethanschaumstoffen bestehen, die wir im täglichen Leben benutzen und wo solche Produkte ihren Einsatz finden können."
Die fossilen Ressourcen für die Herstellung solcher Produkte gehen zur Neige. In den USA hat die Chemieindustrie bereits reagiert und will in den kommenden drei Jahrzehnten ein Viertel der organischen Grundstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen; die heute noch aus fossilen Quellen erzeugt werden. Die Europäer rechnen mit etwa einer Million Tonnen Kunststoffe in zwei Jahrzehnten, allerdings nicht nur Polyurethane. Thomas Hirth:
"Nachwachsende Rohstoffe haben bereits ja schon eine große Bedeutung. Derzeit beträgt der Einsatz in der chemischen Industrie immerhin schon zehn bis zwölf Prozent. Das ist natürlich nicht ganz unerheblich. Es wird sicherlich nicht so sein, dass wir von heute auf morgen alle petrochemisch basierten Rohstoffe durch nachwachsende Rohstoffe ersetzen. Das wird sicherlich nicht funktionieren, auch in der Polyurethansparte nicht. Es werden sicherlich Nischenprodukte sein, mit denen man zunächst mal anfängt, die auch ein hohes Wertschöpfungspotential bieten, wo man diese Dinge mal testen kann."
Testen kann man sie beispielsweise in nachgiebigen Fahrzeug-Konsolen, als energiesparende Dämmstoffe beim Hausbau sowie in komfortablen Matratzen. Polyurethan und Polyester lassen sich gut und günstig aus sogenannten Polyolen herstellen, die aus einfachen Zucker-Molekülen stammen. Polyole sind allerdings nur eine Komponente, Isocyanate - die andere - wird weiterhin auf konventionellem Weg hergestellt; das soll mittelfristig anders werden. In ihrer Versuchsanlage in Pfinztal experimentierten die Forscher mit diversen einfachen Zuckermolekülen, von Traubenzucker und Fruchtzucker über Holzzucker bis hin zu Rübenzucker. Diese einfach gebauten Kohlenhydrate wandelt die Anlage durch chemische Umsetzung in die gewünschten Polyole um.
"Man hat ja verschiedene Parameter. Ein Punkt ist sicherlich die Natur des Zuckermoleküls. Die Temperatur ist ein wichtiger Faktor, der Druck, die Zeit, also die Reaktionszeit, der Katalysator selber, aber auch das Verhältnis der Reaktionspartner, also das Mischungsverhältnis Wasser zu Zucker zu Wasserstoff. Alle diese Dinge müssen optimiert werden."
Der genannte Katalysator besteht aus Rhutenium, einem Edelmetall. Aber keine der einzelnen Komponenten ist das Besondere an der Pilotanlage. Es ist das komplexe Zusammenspielen aller Komponenten und aller Parameter. Dieses haben die Forscher erstmals gelöst, auch das Problem, dass die Anlage auch dann noch nicht versagt, wenn die Zuckerquellen - Beispiel Rüben - gewisse Verunreinigungen aufweisen; die Pilotanlage ist demgegenüber ziemlich tolerant, so dass die Forscher nun den Aufbau einer größeren Pilot-Anlage konzipieren. Zudem hoffen sie, auch komplexere Kohlenhydrate wie Stärke oder Zellulose mit dieser Methode zur Polyol-Quelle zu machen. Der Maßstab der neuen Anlage wird von den ersten Nischen-Anwendungen abhängen, für die der Markt sich entscheidet. Thomas Hirth denkt unter anderem an die Automobilindustrie als möglichen Abnehmer.
"Hinsichtlich der Größe der Anlage, da tun wir uns im Moment noch ein bisschen schwer. Wir groß denn die Anlage sei, hängt natürlich auch immer davon ab, welches Segment wir zunächst mit den Rohstoffen bedienen werden."
"Die Idee war eigentlich, dass wir versuchen wollten, ein sogenanntes grünes Environment zu finden, eine grüne Umgebung, in der wir mit sehr umweltfreundlichen Bedingungen, nämlich Wasser als Lösungsmittel, Wasserstoff den man rein theoretisch auch aus nachwachsenden Rohstoffen generieren kann, und einem Katalysator in sehr hoher Ausbeute, diese Produkte zu generieren."
In Zukunft könnte Zucker in der Kunststoffindustrie Produkte ersetzen, die aus Erdöl gewonnen werden, sagt der Chemiker Professor Thomas Hirth. Zusammen mit dem Chemieunternehmen Dow ist es ihm nun erstmals gelungen, aus Zucker erste einfache Material-Muster herzustellen, sogenannte PUR-Schaumstoffe. Hirth:
"Polyurethanschaumstoffe spielen im täglichen Leben ja eine sehr große Rolle. Denken Sie im Prinzip an Bauteile aus dem Automobil, denken Sie an einen Sitz; in einer Instrumententafel sind Polyurethan-Schaumstoffe. Wir liegen nachts auf Matratzen, die aus Polyurethan bestehen. Wir haben Polyurethan-Dämmstoffmaterialien im Hausbereich. Also es gibt eine ganze Menge an Produkten, die aus Polyurethanschaumstoffen bestehen, die wir im täglichen Leben benutzen und wo solche Produkte ihren Einsatz finden können."
Die fossilen Ressourcen für die Herstellung solcher Produkte gehen zur Neige. In den USA hat die Chemieindustrie bereits reagiert und will in den kommenden drei Jahrzehnten ein Viertel der organischen Grundstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen herstellen; die heute noch aus fossilen Quellen erzeugt werden. Die Europäer rechnen mit etwa einer Million Tonnen Kunststoffe in zwei Jahrzehnten, allerdings nicht nur Polyurethane. Thomas Hirth:
"Nachwachsende Rohstoffe haben bereits ja schon eine große Bedeutung. Derzeit beträgt der Einsatz in der chemischen Industrie immerhin schon zehn bis zwölf Prozent. Das ist natürlich nicht ganz unerheblich. Es wird sicherlich nicht so sein, dass wir von heute auf morgen alle petrochemisch basierten Rohstoffe durch nachwachsende Rohstoffe ersetzen. Das wird sicherlich nicht funktionieren, auch in der Polyurethansparte nicht. Es werden sicherlich Nischenprodukte sein, mit denen man zunächst mal anfängt, die auch ein hohes Wertschöpfungspotential bieten, wo man diese Dinge mal testen kann."
Testen kann man sie beispielsweise in nachgiebigen Fahrzeug-Konsolen, als energiesparende Dämmstoffe beim Hausbau sowie in komfortablen Matratzen. Polyurethan und Polyester lassen sich gut und günstig aus sogenannten Polyolen herstellen, die aus einfachen Zucker-Molekülen stammen. Polyole sind allerdings nur eine Komponente, Isocyanate - die andere - wird weiterhin auf konventionellem Weg hergestellt; das soll mittelfristig anders werden. In ihrer Versuchsanlage in Pfinztal experimentierten die Forscher mit diversen einfachen Zuckermolekülen, von Traubenzucker und Fruchtzucker über Holzzucker bis hin zu Rübenzucker. Diese einfach gebauten Kohlenhydrate wandelt die Anlage durch chemische Umsetzung in die gewünschten Polyole um.
"Man hat ja verschiedene Parameter. Ein Punkt ist sicherlich die Natur des Zuckermoleküls. Die Temperatur ist ein wichtiger Faktor, der Druck, die Zeit, also die Reaktionszeit, der Katalysator selber, aber auch das Verhältnis der Reaktionspartner, also das Mischungsverhältnis Wasser zu Zucker zu Wasserstoff. Alle diese Dinge müssen optimiert werden."
Der genannte Katalysator besteht aus Rhutenium, einem Edelmetall. Aber keine der einzelnen Komponenten ist das Besondere an der Pilotanlage. Es ist das komplexe Zusammenspielen aller Komponenten und aller Parameter. Dieses haben die Forscher erstmals gelöst, auch das Problem, dass die Anlage auch dann noch nicht versagt, wenn die Zuckerquellen - Beispiel Rüben - gewisse Verunreinigungen aufweisen; die Pilotanlage ist demgegenüber ziemlich tolerant, so dass die Forscher nun den Aufbau einer größeren Pilot-Anlage konzipieren. Zudem hoffen sie, auch komplexere Kohlenhydrate wie Stärke oder Zellulose mit dieser Methode zur Polyol-Quelle zu machen. Der Maßstab der neuen Anlage wird von den ersten Nischen-Anwendungen abhängen, für die der Markt sich entscheidet. Thomas Hirth denkt unter anderem an die Automobilindustrie als möglichen Abnehmer.
"Hinsichtlich der Größe der Anlage, da tun wir uns im Moment noch ein bisschen schwer. Wir groß denn die Anlage sei, hängt natürlich auch immer davon ab, welches Segment wir zunächst mit den Rohstoffen bedienen werden."