Biotechnische und chemische Konversionsverfahren

Zucker, Stärke, Cellulose, Fette und Öle sowie andere Inhaltsstoffe aus Biomasse können nur in den seltensten Fällen direkt zur Herstellung biobasierter Chemieprodukte verwendet werden. In den allermeisten Fällen ist es nötig, die Stoffe in Bioraffinerien in Zwischenprodukte der chemischen Industrie wie Alkohole, organische Säuren oder ungesättigte Verbindungen umzuwandeln. Diese werden anschließend zu marktfähigen Produkten weiterverarbeitet. Hierfür kommen sowohl biotechnische als auch chemische, insbesondere chemisch-katalytische Konversionsverfahren (= Umwandlungs- bzw. Veredelungsverfahren) in Betracht.  

In den vergangenen Jahrzehnten waren fossile Ressourcen, vor allem Erdöl, preiswert und in großer Menge verfügbar. Daher hat sich die chemische Industrie auf diese Rohstoffbasis konzentriert und hocheffiziente Verfahrenswege entwickelt. Für die angestrebte klimaneutrale, d.h. CO₂-emissionsfreie Wirtschaft muss auch die chemische Industrie vermehrt erneuerbare und CO₂-neutrale Rohstoffe wie nachwachsende Rohstoffe einsetzen. Eine Umstellung auf Biomasse bedeutet aber, neue Verfahrenswege entwickeln zu müssen, manchmal auch alte Wege aus der vorpetrochemischen Zeit wiederzubeleben. In beiden Fällen müssen die Konversionsprozesse hocheffizient sein. Das gelingt nur durch die Verwendung hochspezifischer Katalysatoren – biologische wie auch chemische – und durch optimierte Prozessbedingungen.  

Doch welcher Verfahrensweg soll eingeschlagen werden, der biotechnische oder der chemische? Das kommt, wie so oft, ganz darauf an. Für die Herstellung mancher Produkte, wie Itaconsäure, L- oder D-Milchsäure, ist die Biokonversion der geeignete Weg, für andere kommt nur eine chemisch-katalytische Konversion infrage, wie bei 5-Hydroxymethylfurfural (HMF). Manchmal konkurrieren biotechnische und chemische Verfahrenswege auch miteinander – Beispiel n-Butanol. In diesem Fall müssen die Vor- und Nachteile beider Varianten vorurteilsfrei miteinander verglichen und abgewogen werden, um am Ende den bestmöglichen Verfahrensweg identifizieren zu können.  

Biotechnische und chemische Verfahrenswege können sich aber auch gut ergänzen. Ein Beispiel ist Bioethanol, das im weltweit größten Fermentationsprozess höchsteffizient biotechnisch aus Kohlenhydraten hergestellt wird, und als Plattformchemikalie über chemisch-katalytische Umsetzungen eine Vielzahl heutiger Basischemikalien und Commodities liefern kann.  

Nähere Informationen zu Forschungsarbeiten sowohl zur Biokonversion wie auch der chemisch-katalytischen Konversion nachwachsender Rohstoffe können im Thünen-Institut für Agrartechnologie gefunden werden.