BioPro Biopolymere auf Basis von Polyhydroxyalkanoaten (PHA)-  Verfahrensentwicklung für die wirtschaftliche Produktion

1.   Thema und Gesamtziel des Projekts

Ziel des im Folgenden beschriebenen Forschungsvorhabens BioPro „Biopolymere auf Basis von Polyhydroxyalkanoaten (PHA) – Verfahrensentwicklung für die wirtschaftliche Produktion“ ist die Entwicklung innovativer und ökoeffizienter Produkte für Funktionselemente vor allem in der Elektronik und im Automobilbereich. Dazu werden im Zusammenhang mit dem Forschungsvorhaben BioFun Verfahren für die kostengünstige Herstellung von biopolymeren Funktionswerkstoffen aus in Deutschland nachwachsenden Rohstoffen entwickelt. In BioFun werden parallel dazu bereits aus anderen Quellen verfügbare Biopolymere für höherwertige industrielle Anwendungen durch gezielte Anpassung an die verschiedenen Anforderungen nutzbar gemacht. Erst durch Eröffnen von hochwertigen Einsatzfeldern für Biopolymere im Bereich technischer Kunststoffe wird die Verfahrensentwicklung für deren wirtschaftliche Herstellung sinnvoll motiviert. Hierdurch soll ein Beitrag zur nachhaltigen Entwicklung im Hinblick auf

• Kosten bezüglich Grundmaterial und Veredelung,
• Unabhängigkeit vom Erdöl,
• Effiziente Nutzung regionaler Ressourcen (Kaskadennutzung
  z.B.: Raps – Biodiesel – Glycerin – Biopolymer – Biomasse),
• Verringerung der Umweltbelastung entlang der Prozesskette
  und insbesondere
• Stabilisierung des Absatzmarktes von landwirtschaftlichen Produkten und damit mittelbar Standortsicherung besonders auch in ländlichen Gebieten

geleistet werden.

Hierbei muss der Ausgleich zwischen zwei Betrachtungsweisen erfolgen: Auf der einen Seite können sich nur wirtschaftlich herstellbare und monetär zu erdölbasierten technischen Polymeren konkurrenzfähige Biopolymere auf dem Markt der technischen Kunststoffe durchsetzen. Auf der anderen Seite werden sich nur Biopolymere mit mindestens vergleichbaren oder besseren technischen Eigenschaften in anspruchsvollen, hochwertigen und innovativen Anwendungen gegenüber den erdölbasierten Werkstoffen behaupten. Zur Substitution erdölbasierter technischer Polymere kommen somit nur gleichzeitig wirtschaftlich, konkurrenzfähige und technisch gleich- oder höherwertige Biopolymere in Betracht. Diesem Gesamtziel folgend, ist der Gegenstand von BioPro die Verfahrensentwicklung zur wirtschaftlichen Produktion von PHA durch Glycerin - Fermentation (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Wechselbeziehung zwischen den beiden Forschungsvorhaben BioPro und BioFun

Das zu entwickelnde Herstellungsverfahren geht von Glycerin aus der Biodieselgewinnung für PHA aus. Hierbei bietet die Nutzung von bisher kaum genutzten Nebenprodukten die Chance, die Biopolymere im Vergleich zu den synthetischen Kunststoffen zu konkurrenzfähigen Preisen herzustellen.

Schwerpunkt von BioPro ist somit die Verfahrensentwicklung zur wirtschaftlichen Herstellung der Polyhydroxyalkanoate auf der Grundlage nachwachsender Rohstoffe. Hierbei wird hauptsächlich die Verfahrenskette betrachtet:

• Raps – RME (Biodiesel) – Rohglycerin – Polyhydroxyalkanoate (PHA)

Das Forschungsvorhaben BioPro soll damit einen Beitrag im Sinne der oben beschriebenen sich bedingenden Voraussetzungen für den erfolgreichen Einsatz von Biopolymeren in höherwertigen industriellen Anwendungen mit der zu erdölbasierten Kunststoffen konkurrenzfähigen Herstellung von Polyhydroxyalkanoaten auf der Basis nachwachsender Rohstoffe leisten. Um die erforderlichen Ausgangsstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen kosteneffizient herstellen zu können, werden im Forschungsvorhaben BioPro geeignete Verfahren entwickelt und untersucht. Die Projektpartner haben sich hier das Ziel gesetzt, Herstellungskosten vergleichbar zu konventionellem Polypropylen zu erreichen.

Die Arbeiten sollen vom Labormaßstab über Technikumsanlagen im Kubikmetermaßstab bis zur Planung eine Produktionsanlage geführt werden. Eine zu realisierende Anlage, sollte eine Kapazität im Bereich von 10.000 t (verbraucht etwa 30.000 t Glycerin) aufweisen. Anhand dieses Anlagenkonzepts soll dann über eine konkrete Investitionsentscheidung aufgrund von wirtschaftlichen Gegebenheiten entschieden werden. Ab einer Anlagengröße von 10.000 t, kann bei Integration in einen Verbundstandort (Schwarzheide, Ludwigshafen) wirtschaftlich produziert werden. Bei Rohstoffkosten von 200 €/t könnte so PHA zu Kosten von 1.500 €/t hergestellt werden. In größeren „worldscale“ Anlagen (100.000 t) würden die Herstellkosten dann unter 1.000 €/t liegen.

An der Projektbearbeitung sind alle Bereiche der Wertschöpfungskette (Hersteller der Biopolymere – Compoundeur – Formteilhersteller – Elektronik- bzw. Autombilhersteller) vertreten. Grundlagen- und Anwendungsforschung sind eng vernetzt und für die interdisziplinäre Zusammenarbeit in einem ausgewogenen Verhältnis vertreten. Die angestrebten Ergebnisse des Vorhabens können zu völlig neuen Verbundwerkstoffen für technische Applikationen führen, die eine breite industrielle Verwertung der Ergebnisse sowohl im Bereich der Chemieindustrie als auch in der Elektronik- und Automobilbranche erwarten lassen und ein hohes marktrelevantes Potential haben.