Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kunststoffe mit Bio-Feeling - Oder: Wie man Polymere aus Biomasse gewinnt

04.09.2008
Die Angaben schwanken; aber zwischen fünf und zehn Prozent des Produktionsvolumens der chemischen Industrie basieren bereits auf nachwachsenden Rohstoffen, und das Interesse ist groß, den Anteil signifikant zu erhöhen - wegen der endlichen Ölvorkommen und aus Gründen des Klimaschutzes.

Welche Möglichkeiten sich hier für die Kunststoffproduktion bieten, will die Tagung "Bio&Polymers", die vom 28. bis 30. September 2008 in Aachen stattfindet, aufzeigen. Die von der Fachgruppe Makromolekulare Chemie der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) organisierte Tagung geht darüber hinaus auf von der Natur inspirierte oder biofunktionale Polymere ein und behandelt Polymere für die Biomedizin.

Weltweit werden jährlich etwa 240 Millionen Tonnen Kunststoffe aus Erdöl hergestellt. Was passiert, wenn die bislang bekannten Erdölvorkommen in 35 bis 40 Jahren erschöpft sind? Wie Dr. Stefan Marcinowski, Vorstandsmitglied der BASF SE, im ersten Plenarvortrag der Aachener Tagung erläutert, hält man in Ludwigshafen für bestimmte aus Biomasse gewonnene Polymere ein großes Wachstumspotenzial für wahrscheinlich.

Ökobilanzen, die von der Pflanzung über die Düngung, Ernte und Umwandlung des biobasierten Rohstoffs in ein marktfähiges Produkt bis zu dessen Entsorgung alle Auswirkungen berücksichtigen, sollen bei der Entscheidung für gangbare Produktionswege helfen. Die Möglichkeiten reichen von einstufigen Synthesen von Polyestern in Bakterien (beispielsweise Polyhydroxy-Alkanoate) über die enzymatische Produktion von Monomeren (beispielsweise Milchsäure oder

Bernsteinsäure) bis zur Umwandlung von pflanzlichen Ölen in Monomere (beispielsweise Sebacinsäure). Die daraus resultierenden Polymere (beispielsweise Polyester, Polyamide oder Polyurethane) stehen in Konkurrenz zu den bewährten Produkten. Von Fall zu Fall muss also sorgfältig erwogen werden, ob der biobasierte Kunststoff ökonomisch und ökologisch Sinn macht.

Vor zehn bis 20 Jahren rankten sich die öffentlichen Diskussion eher darum, der Kunststoffabfälle Herr zu werden. Und so befasste man sich auch in der chemischen Industrie eher mit der Frage der biologischen Abbaubarkeit von Kunststoffen als mit der Rohstoffbasis für Kunststoffe. Ein erdölbasierter Polyester, vernetzt mit Stärke, wurde als ein abbaubares Kompositmaterial entwickelt, das bis heute für Müllsäcke Verwendung findet. Auch wenn die biologische Abbaubarkeit heute in der öffentlichen Diskussion kaum mehr eine Rolle spielt, Forschung und Entwicklung in der chemischen Industrie sind damit nach wie vor befasst. So hat man ganz neue Polymere entwickelt, beispielsweise Polybutylensuccinate (PBS), Polyhydroxyalkanoate (PHA) oder Polymilchsäure-Blends (PLA-Blends).

Eine interessante Entwicklung hinsichtlich der vermehrten Nutzung erneuerbarer Rohstoffquellen für Polymere basiert darauf, aus Biomasse Monomere zu synthetisieren, die in bereits existierenden Produktionsprozessen in herkömmliche Polymere eingearbeitet werden. Mit Dicarbonsäuren, Diolen oder Diaminen aus nachwachsenden Rohstoffen erhält man Polyester und Polyamide mit biologischen Anteilen zwischen 25 und 100 Prozent.

Polyamide auf rein biologischer Basis sind bereits seit wenigstens 50 Jahren bekannt. Ausgehend von Rizinusöl bzw. Rizinolsäuremethylester, erhielt man neben unterschiedlichen Polyamiden zahlreiche Nebenprodukte und unvermeidbare wertlose Reststoffe. Deshalb stellte man die Polyamid-Produktion - etwa in den siebziger Jahren - auf Erdölbasis um. Geht man jetzt also "zurück in die Zukunft", fragt Dr. Harald Häger von der Evonik Degussa GmbH in Marl. Sicherlich sollten die Herstellprozesse der frühen Biopolyamide nicht wieder aufgegriffen werden, nur um Polymere unter dem Siegel "Bio" vermarkten zu können. Vielmehr müssen neue Wege im Sinne der Nachhaltigkeit beschritten werden.

Solche Wege zeigt Dr. Michael A.R. Meier von der Fachhochschule Oldenburg/Ostfriesland/Wilhelmshaven auf, wobei auch er sich auf pflanzliche Fette und Öle fokussiert. In Aachen geht er u.a. auf die Herstellung von Fettsäureestern aus Pflanzenölen mit Hilfe modernster katalytischer Verfahren (Olefinkreuzmetathese), auf die direkte Herstellung von Makromolekülen mit der acyclischen Dienmetathese und auf die kontrollierte Polymerisation von Acrylaten und Methacrylaten aus Pflanzenölen ein. Mit modernsten Polymerisationsmethoden können gut definierte Block-Copolymere erhalten werden, deren Eigenschaften, beispielsweise ihre Mizellenbildung, derzeit genau untersucht werden.

Polyesterharze mit hohen Anteilen an Terephthalsäure sind in Pulverlacken sehr verbreitet, und natürlich werden auch hier die Monomere bislang aus Erdöl gewonnen. Eine niederländische Forschergruppe um Professor Dr. Cor E. Koning von der Technischen Universität Eindhoven hat sich zum Ziel gesetzt, biobasierte Harze zu entwickeln, die hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften und chemischen Stabilität mit den derzeitigen Materialien mithalten können. Die aussichtsreichsten "erneuerbaren" Monomere sind Isosorbid und seine Isomere, Bernsteinsäure, 2,3-Butandiol und 1,3, Propandiol. Die Polymere lassen sich mit Substanzen wie Glycerin oder Zitronensäure modifizieren. Vernetzt werden die Polymere noch mit konventionellen Substanzen.

Um die Landwirtschaft mit dem Anbau nachwachsender Rohstoffe nicht überzustrapazieren, wird mit Holz, genauer mit Holzhydrolysaten, als Rohstoff experimentiert, und zwar möglichst auf Basis von Abfällen aus der Forstwirtschaft. Ein schwedisches Forscherteam um Professor Dr. Ann-Christine Albertsson vom Royal Institute of Technology in Stockholm stellt in Aachen die Ergebnisse langjähriger Arbeiten vor, die zu funktionellen Materialien, hauptsächlich Hydrogelen und Barrierefolien, aus raffinierter, hemicellulosehaltiger Holz-Biomasse führten. Anwendungspotenziale hätten die Hydrogele in der Landwirtschaft und auf pharmazeutischem Gebiet, die Barrierefolien für Verpackungen, die keinen Sauerstoff durchlassen dürfen, so die schwedischen Wissenschaftler.

Die Gesellschaft Deutscher Chemiker gehört mit über 28.000 Mitgliedern zu den größten chemiewissenschaftlichen Gesellschaften weltweit. Sie hat 25 Fachgruppen und Sektionen, darunter die Fachgruppe Makromolekulare Chemie mit annähernd 1.200 Mitgliedern. Die Fachgruppe wurde vor 60 Jahren gegründet. Sie vereinigt Wissenschaftler aus Hochschulen, Forschungsinstituten und der Industrie, und zwar aus allen Bereichen der Polymerchemie und -physik von den Funktionswerkstoffen, den technischen Kunststoffen, über Biopolymere und Biomaterialien bis hin zu nanoskaligen Polymersystemen für die Medizin, Elektronik oder Optik.

Dr. Renate Hoer | idw
Weitere Informationen:
http://www.gdch.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Große Forschung über kleinste Organismen
23.07.2018 | Jacobs University Bremen gGmbH

nachricht Sauerstoffstabile Hydrogenasen für die Anwendung
23.07.2018 | Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Sichere Schraubverbindungen mit standardisiertem Ultraschallverfahren

23.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Studie zu Werkstoffprüfung: Schäden in nichtmagnetischem Stahl mit Magnetismus aufspüren

23.07.2018 | Studien Analysen

Sauerstoffstabile Hydrogenasen für die Anwendung

23.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics