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Kohlenwasserstoff 3.0 - Europäische Union setzt auf Bioökonomie

Die Industrie wird begrünt. Die EU fördert Bioökonomie, Deutschland, Finnland, Norwegen, Dänemark und die Niederlande setzen sich intensiv mit Bioökonomiestrategien auseinander. Sogar regionale Akteure entwickeln Konzepte. Das ist der richtige Weg.

Jeder denkt bei Rohstoffen an Öl und Gas. Sie sind das Fundament vieler Volkswirtschaften. Manche fördern und verkaufen sie, manche verarbeiten sie. Zum Beispiel zu Kraftstoffen, Treibstoffen, Baustoffen, Kunststoffen, Lacken, Basischemikalien. Doch genau genommen geht es bei den Rohstoffen Öl und Gas um etwas anderes. Es geht um Kohlenwasserstoffe. Diese Moleküle aus Kohlenstoff und Wasserstoff sind die geheimen Helden des Industriezeitalters.

Industriell genutzte Kohlenwasserstoffe stammen fast ausschließlich aus Erdöl und Erdgas. Das soll sich nach den Plänen einiger Industrieländer und auch der Europäischen Union (EU) ändern. Das Ziel: In einigen Jahrzehnten bilden nicht mehr allein fossile Kohlenwasserstoffe die Rohstoffbasis der Industrie. Mehr und mehr soll Biomasse in die Stoffströme der Polymerchemie und damit in unzählige Massenartikel und Spitzenprodukte fließen. Die Industrie bekommt also mehr Bio verpasst. Bioökonomie nennen Fachleute dieses Technologie- und Wirtschaftskonzept, das auf nachwachsende Rohstoffe und organische Reststoffe setzt.

Aus der Luft in die Pflanze

Jedes Jahr wachsen riesige Mengen an Biomasse, sowohl an Land als auch im Wasser. © Bächtle

Kohlenstoff macht rund die Hälfte der Pflanzenbiomasse weltweit aus. Jahr für Jahr bauen Pflanzen mehrere Milliarden Tonnen an Biomasse und damit Unmengen an Kohlenwasserstoffen auf. Dafür nutzen sie rund 130 Milliarden Tonnen Kohlenstoff, die sie in Form von CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen. Es besteht in der Natur also ein gewisser Reichtum an Kohlenstoffverbindungen. Zu euphorisch sollte man aber nicht werden, denn nicht alles, was Pflanzen an Biomasse aufbauen, darf verwertet werden. Ein Teil davon muss in den Ökosystemen verbleiben. Dennoch: Die Möglichkeiten, Biomasse industriell zu nutzen, sind enorm.

Förderschwerpunkt biologische Rohstoffe

Der Begriff Bioökonomie ist vergleichsweise jung. Die EU definiert in ihren Arbeitsprogrammen 2013 den Begriff Bioökonomie wie folgt:
„Der Begriff ‚Bioökonomie’ fasst alle Industriefelder und Branchen der Wirtschaft zusammen, die biologische Rohstoffe herstellen, verwalten oder nutzen. Dazu zählen Landwirtschaft, Nahrungsmittel, Forstwirtschaft, Fischerei und andere marine Ressourcen, sowie verwandte Dienstleistungen, Zulieferer oder Verbrauchsgüterindustrie.“

Die EU ruft im aktuellen 7. Forschungsrahmenprogramm (FRP) dazu auf, Projekte zur Bioökonomie einzureichen. Weil Bioökonomie auch bedeutet, Transportwege kurz zu halten und die Ökobilanz von Produkten im Blick zu behalten, sollen Rohstoffe möglichst nah an dem Ort verarbeitet werden, an dem sie anfallen. Deshalb sieht die EU einen großen Bedarf bei regional ausgerichteten Bioökonomiekonzepten. Genau diese fördert und fordert die EU im aktuellen 7. FRP (siehe: 7. FRP, KBBE.2013.3.3-02: Bioeconomy and bioregions; Call: FP7-KBBE-2013-7). Im Arbeitsprogramm heißt es: „Die Bioökonomie kann zur Entwicklung von ländlichen Regionen, Küstengebieten und Industrieregionen maßgeblich beitragen, indem sie die nachhaltige Nutzung der natürlichen und industriellen Rohstoffe verbessert.“ Dies ist als deutlicher Hinweis zu werten, dass der Dezentralisierung in der Energie- und in der Rohstoffwirtschaft eine große Bedeutung beigemessen wird. Im nachfolgenden Forschungsprogramm "Horizon 2020" werden Projekte zur Bioökonomie voraussichtlich ebenfalls einen hohen Stellenwert haben.

Der Trend, Bioökonomiekonzepte regional zu entwickeln, ist in Deutschland bereits zu erkennen. Vorreiter ist Nordrhein-Westfalen. Im Herbst 2010 gründeten die RWTH Aachen, die Universität Bonn, die Universität Düsseldorf und das Forschungszentrum Jülich das „Kompetenzzentrum zur Forschung für eine nachhaltige Bioökonomie“, kurz Bioeconomy Science Center. Ziel ist, "Themen einer umweltschonenden Ökonomie auf der Basis nachwachsender Rohstoffe zu bearbeiten".

Neue Wertstoffe

Holzabfall aus einer Sägemühle – wertvolle Biomasse. © Bächtle

Bioökonomie funktioniert nicht ohne Ressourceneffizienz. Diese wiederum fordert, auch Rest- und Abfallstoffe in Prozesse einzubinden. Nicht genutzte Pflanzenteile oder Pflanzeninhaltsstoffe müssen besser verwertet werden. Bislang wurden Pflanzenreste oder Reststoffe aus Pflanzen überwiegend verbrannt, also energetisch genutzt. Nun heißt die Devise, Reststoffe zurückzuführen in Prozesse. Erst wenn sie nicht weiter stofflich genutzt werden können, also nicht mehr zu Produkten oder Wertstoffen verwandelt werden können, dürfen sie verheizt werden.  

Abfälle im Sinne einer bioökonomisch motivierten Ressourceneffizienz zu nutzen, geht über klassisches Recycling hinaus. Abfälle sind Wertstoffe und werden als solche künftig viel mehr Nutzungszyklen als bisher durchlaufen. Letztlich schwindet so die Menge an Abfällen, weil diese wiederholt zu Wertstoffen werden. Die makromolekularen Komponenten eines Bauteils, Werkstücks, Produkts durchlaufen Nutzungskaskaden. Erst ganz am Ende steht der Ofen.

Diesen Ansatz verdeutlich der Bericht „Sustainable Bio-Economy: Potential, Challenges, Opportunities in Finland“, der im Auftrag der finnischen Regierung erstellt wurde: „Die Bioökonomie strebt an, die Biomasseströme verschiedener Industriebranchen so zusammenzuführen, dass die Abfälle oder die Abgase der einen Branche zum Rohstoff einer anderen Branche werden. Damit werden effektive Materialschleifen geschaffen und die Probleme Klimawandel und Ressourcenverbrauch angegangen.“ Ressourceneffizienz und Bioökonomie sind also untrennbar miteinander verknüpft.

Bioraffinerien – die technologische Basis der Bioökonomie

Modell einer Bioraffinerie. Wie eine solche tatsächlich einmal aussieht, scheint derzeit noch offen. © Fraunhofer-Umsicht

Im Wesentlichen ist Biomasse aus Lignin, Lignozellulosen und Zellulose aufgebaut. Diese Basispolymere enthalten wiederum große Mengen an Zuckern, sowie im Fall von Lignin komplexe Alkohole.

Mit herkömmlichen Methoden lassen sich diese wertvollen Komponenten nicht nutzen. Biomasse verhält sich recht widerspenstig, wenn ihre Grundstoffe freigesetzt werden sollen. Neue Verfahren und ein durchdachtes System an mechanischen, chemischen und biotechnologischen Verfahrensschritten müssen her. Sie sollen die Verbindungen, die in Holz, Borke, Blättern, Stängeln und Küchenabfällen verborgen sind, für chemische Synthesen zugänglich machen. Bioraffinerien heißen die komplexen Anlagen, die Biomasse künftig aufbereiten und verwerten sollen.

Bioökonomiekonzepte können jedoch nur dann verwirklicht werden, wenn Bioraffinerien den großtechnischen Maßstab erreichen und die Stoffströme, die Biomasse oder organische Reststoffe enthalten, gelenkt werden. Die Anlagen neuester Bauart sind in der Lage, unterschiedliche Biomassearten und deren Inhaltsstoffe zu verwerten. Entsprechend groß ist die Bandbreite an Produkten. Experten nennen diese Anlagen „Advanced Biorefineries“.

Die Wahrnehmung wächst

Das Thema „Bioraffinerie“ ist zwar noch jung, doch es entwickelt sich momentan rasant. Laut der VDI-Studie „Rohstoff der Zukunft für die chemische Industrie“ aus dem Jahr 2011 gab es zu diesem Stichwort bis zum Jahr 2003 jedes Jahr nur vereinzelt Fachpublikationen. Im Jahr 2010 waren es über 200.

Auch die Ökonomen haben das Thema entdeckt: Die Analysten der US-Beratungsgesellschaft Pike Research schätzen, dass zwischen den Jahren 2012 und 2022 weltweit zirka 170 Milliarden Dollar in Entwicklung und Ausbau von Bioraffinerieanlagen investiert werden. In diesem Zeitraum sollen Aufträge für rund 1.800 neue Bioraffinerieanlagen erteilt werden. 925 davon sind „Advanced Biorefineries“. Schon heute setzen Unternehmen mit Produkten aus solchen High-End-Bioraffinerien etwa 3,9 Milliarden Dollar pro Jahr um. Das sind ungefähr 5 Prozent des konventionellen Bioraffineriemarkts.

Die oben genannte VDI-Studie untersuchte auch, welche Rolle Bioraffineriekonzepte für die chemische Industrie spielen. Die Studie stellt 26 sogenannte Plattformchemikalien vor. Plattformchemikalien sind Chemikalien, die für die Prozessketten der chemischen Industrie unverzichtbar sind, weil sich aus ihnen viele Produktfamilien ableiten. Für elf dieser Plattformchemikalien wird eine „starke Entwicklungsdynamik“ vorhergesagt. Zu den Chemikalien dieser Gruppe zählen zum Beispiel Bernsteinsäure, Fumarsäure und 1,4-Butandiol. Für den wirtschaftlichen Erfolg von Bioraffinerien müssen diese vor allem in Richtung Plattformchemikalien entwickelt werden. Dann lassen sie sich in bestehende großindustrielle Prozesse einbinden.

Bioökonomie in Europa – die Ausgangslage ist gut

In der Bretagne werden Meeresalgen gesammelt, getrocknet und an die Kosmetikindustrie geliefert. © Bächtle

Laut Analysen der EU setzen europäische Unternehmen, die der Bioökonomie zugeordnet werden können, rund 2 Billionen Euro pro Jahr um. Sie beschäftigen mehr als 22 Millionen Mitarbeiter, also etwa 9 Prozent der in Europa Erwerbstätigen.

Doch dieser wirtschaftliche Erfolg ist nur ein Grund, warum die EU die Bioökonomie weiter fördern wird. Ein anderer ist: Die EU geht davon aus, dass die Investition in Wissen und Technologie rund um die Bioökonomie schon bald Erträge für die Gemeinschaft abwirft. Ihre Prognose lautet: Jeder Euro, den die EU im Zusammenhang mit der Bioökonomie in die Technologieforschung investiert, wird im Jahr 2025 im Bioökonomiesektor schätzungsweise zirka 10 Euro Wert sein.  

Neben Forschungsförderung und unternehmerischem Erfolg gibt es in der EU noch zwei weitere Parameter, die den Richtungswechsel zu mehr Biomasse im Business erleichtern: Rohstoffe und Technologie. Mehr als 80 Prozent der Landfläche in der EU sind entweder Wald oder landwirtschaftliche Nutzfläche. Darüber hinaus hat die EU große Meeresgebiete und eine weltweit bedeutende Fischereiwirtschaft. Die EU ist bei vielen landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen sowie bei einigen Produkten der Fischereiwirtschaft weitgehend unabhängig. In allen drei Bereichen kann sie große Mengen an Rohstoffen für die Bioökonomie bereitstellen.

Zusätzlich hat die EU eine leistungsfähige und gut entwickelte Forschungs- und Technologielandschaft. Daraus sind viele etablierte und zum Teil weltweit führende Unternehmen entstanden. Schwerpunkte sind die Branchen Nahrungsmittel, Zellstoff und Papier, Chemie und Petrochemie.

Nur wenige Impulsgeber

Bioökonomie ist ein Zukunftsthema. Doch die Zahl derjenigen, die sich dafür engagieren, ist noch gering. Deutschland zählt zu den Initiatoren der Bioökonomie. Rund 2,4 Milliarden Euro Fördergeld sollen über die „Nationale Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030“ in dieses Innovationsfeld investiert werden. Auch Dänemark, Finnland, Schweden, Norwegen und die Niederlande haben Bioökonomiestrategien oder Maßnahmenpläne erarbeitet. Des Weiteren haben Kanada, China, Südafrika und die USA Strategien erstellt oder in Planung.

Im April 2012 veröffentliche die US-Regierung ihr „National Bioeconomy Blueprint“, in dem fünf strategische Ziele genannt werden, über die der Weg in die Bioökonomie geebnet werden soll. Die Strategie, biologische Prozesse zu erforschen und zu kommerzialisieren, soll künftig „zum Haupttreiber der Wirtschaft und Innovation in den USA ausgebaut werden“. Aktuell machen die US-Biotechunternehmen aus der grünen, roten und weißen Biotechnologie rund 167 Milliarden Dollar Umsatz pro Jahr. Über die Bioökonomie will die Regierung den ökonomischen Wert der Biotechnologie stärken. Dazu müssen bekannte Verfahren in Richtung Abfall- und Reststoffverwertung verbessert und neue Verfahren entwickelt werden.

Neue Helden

Die Anstrengungen, die in einigen Ländern der Welt unternommen werden, und die Fördermaßnahmen und Strategiepläne zeigen: Die Politik hat Bioökonomie als neuen Weg erkannt. Sie forciert Forschung und Entwicklung, um Biomasse als zusätzliche Rohstoffbasis zu erobern. Fossile Kohlenwasserstoffe haben das Industriezeitalter erst möglich gemacht. Trotzdem sind sie die Helden von gestern. Die Zukunft gehört anderen.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/kohlenwasserstoff-3-0-europaeische-union-setzt-auf-biooekonomie/