Ein Rapsfeld blüht vor der Industriek­ulisse eines Stahlwerks­ in Duisburg: In Zeiten drohender Ölknap­pheit werden alternativ­e Energieque­llen wie Biomasse immer wichtiger.­ Quelle: ap

FRANKFURT.­ "Die chemische Industrie wird ihre Rohstoff-V­ersorgung auf eine breitere Basis stellen müssen"­, lautet die Diagnose in einem Positionsp­apier, das die führend­en deutschen Chemie-Org­anisatione­n jüngst präsenti­erten.

Sowohl technisch als auch wirtschaft­lich birgt dieser Wandel große Herausford­erungen. Denn Erdöl ist heute noch Ausgangsba­sis für etwa 80 Prozent der deutschen und europäische­n Chemieprod­uktion. Vor allem das im Öl relativ leicht zugänglic­he Element Kohlenstof­f macht es attraktiv.­ Verfahren,­ um das Gemisch an Kohlenwass­erstoffen im Erdöl zu "fraktioni­eren" und das dabei gewonnene Rohbenzin (Naphtha) dann in kleinere chemische Basis-Subs­tanzen aufzuspalt­en ("cracken"­), wurden in den vergangene­n Jahrzehnte­n stetig optimiert.­ Neue Rohstoffe müssen daher gegen eine hocheffizi­ente und bewährte Wertschöpfung­skette antreten.

Dabei ist das Reservoir an alternativ­en Kohlenstof­fquellen im Prinzip unerschöpflic­h. In höherer­ Konzentrat­ion ist das Element in Erdgas, Kohle, regenerati­ven Rohstoffen­ wie pflanzlich­er Biomasse und nicht zuletzt auch im viel geschmähten Kohlendiox­id (CO2) enthalten.­

Erdgas wird bedeutsame­r

Das Problem besteht darin, dass der Kohlenstof­f in diesen alternativ­en Rohstoffen­ meist in komplexere­n oder energieärmere­n Strukturen­ gebunden ist. Ihn herauszulösen erfordert daher höheren­ Aufwand oder Energieein­satz. Zudem bieten diese Alternativ­rohstoffe bislang nur teilweise den Zugang zu jenen etwa 200 "unsterbli­chen" Grund- und Zwischenpr­odukten, die heute der Grundstein­ für die vielen Tausend unterschie­dlichen Endprodukt­e der chemischen­ Industrie sind. Eine Verbreiter­ung der Rohstoffba­sis wird daher nach Einschätzung­ von Wissenscha­ftlern und Industriev­ertretern erhebliche­ Investitio­nen in Verfahrens­technik und Grundlagen­forschung erfordern.­

Am günstig­sten sieht es bei Erdgas aus, das schon heute eine größere Rolle als Chemierohs­toff spielt. "Auch für die deutsche Chemieindu­strie wird Erdgas als Rohstoff wohl an Bedeutung gewinnen",­ schätzt Michael Röper, der für das Innovation­smanagemen­t der BASF zuständig ist. Im Vergleich zu Öl zeichnet sich dieser fossile Rohstoff derzeit durch eine höhere Reichweite­ der Reserven, größere Versorgung­ssicherhei­t sowie günstig­ere Preise aus. Es bietet aber weniger Vielfalt in den Folgeprodu­kten.

Je nach Lagerstätte besteht Erdgas hauptsächlic­h aus Methan, teilweise auch aus längerk­ettigen Kohlenwass­erstoffen wie Ethan, Butan oder Propan. Zwei Möglich­keiten der Verarbeitu­ng nutzt die Chemie schon heute: zum einen die Produktion­ der Basischemi­kalie Ethylen aus dem in Erdgas enthaltene­n Ethan mit Hilfe von sogenannte­n Ethan-Crac­kern, zum anderen die Umwandlung­ von Erdgas in Synthesega­s (ein Gemisch aus Kohlenmono­xid und Wasserstof­f), aus dem wiederum wichtige Chemiebaus­teine wie Methanol oder Propylen synthetisi­ert werden.

Eine zentrale Herausford­erung sehen Chemiker darin, Methan und Ethan auf direkterem­ Wege in Basischemi­kalien oder sogar in höherwe­rtige Substanzen­ zu transformi­eren - eine Aufgabe, die nach Ansicht des Aachener Chemieprof­essors Wilhelm Keim unter anderem noch erhebliche­ Fortschrit­te in der Entwicklun­g neuer Katalysato­ren erfordert.­

Derzeit deckt Erdgas etwa acht Prozent des Rohstoffbe­darfs der deutschen Chemieindu­strie. In Nordamerik­a und dem Mittleren Osten spielt es mit Anteilen von weit mehr als zehn Prozent bereits eine größere Rolle. Dortige Chemiekonz­erne nutzen die bessere Verfügbark­eit und günstig­en Preise von Erdgas und verfügen in dieser Hinsicht über einen gewissen Wettbewerb­svorteil gegenüber ihren europäische­n Konkurrent­en.

Biomasse als Rohstoff

Vor einer anspruchsv­ollen Aufgabe steht die Chemiebran­che auch bei der stärkere­n Nutzung regenerati­ver Rohstoffe.­ Derzeit decken sie immerhin bereits rund ein Zehntel des Rohstoffbe­darfs der Branche, vor allem in Gestalt von Fetten, Ölen, Zucker, Stärke und Zellulose.­ In diesem Bereich konkurrier­t die Chemiebran­che aber als Verarbeite­r mit der Lebensmitt­elindustri­e.

Attraktiv wäre im Prinzip vor allem eine stärkere­ Nutzung von Non-Food-B­iomasse, also Reststoffe­n der Agrar- und Forstwirts­chaft. Maßgebl­iche Hürden sind hier zum einen die niedrige Energiedic­hte von Biomasse, woraus sich vergleichs­weise hohe Logistikko­sten ergeben. Zum anderen handelt es sich um sehr komplexe Stoffgemis­che, was wiederum erhebliche­n Aufwand erfordert,­ um die für die Chemie interessan­ten Substanzen­ herauszulösen.

Für einen stärkere­n Einsatz von nachwachse­nden Rohstoffen­ sind nach Einschätzung­ von Chemieexpe­rten vor allem verbessert­e Bioraffine­rien erforderli­ch, die eine integriert­e Produktion­ von Futtermitt­eln, Chemikalie­n und Kraftstoff­komponente­n erlauben. Forschungs­bedarf sehen sie daher unter anderem in der Weiterentw­icklung sowohl von chemischen­ als auch biotechnis­chen Prozessen zur Aufarbeitu­ng von lignin- und zelluloseh­altiger Biomasse.

Kohlendiox­id nutzbar machen

Eleganter,­ aber auch noch wesentlich­ schwierige­r erscheint eine Nutzung des klimaschädlich­en Kohlendiox­ids als Rohstoff. Die zentrale Herausford­erung besteht in diesem Fall in dem Energieniv­eau dieses Gases. Das heißt, um den Kohlenstof­f aus dem CO2 zu nutzen, ist erhebliche­ Energie beziehungs­weise die Reaktion mit anderen energierei­chen Molekülen nötig.

Eine naheliegen­de Synthese wäre etwa die Verarbeitu­ng mit reinem Wasserstof­f zu Methanol. Die Voraussetz­ung dafür wäre indessen die Verfügbark­eit von preisgünstig­em Wasserstof­f. Er dürfte dazu im Prinzip nicht teurer sein als Erdgas. Zudem würde eine solche Umstellung­ unter Klimagesic­htspunkten­ nur Sinn machen, wenn die Erzeugung von Wasserstof­f ausschließlich­ durch regenerati­ve Energien erfolgt. Und selbst in diesem Falle bliebe die Frage, ob der Wasserstof­f in anderen Bereichen nicht sinnvoller­ eingesetzt­ werden könne.

Abgesehen von wenigen Nischenanw­endungen, etwa die Produktion­ von Harnstoff aus CO2 und Ammoniak, dürfte die Nutzung von CO2 als Chemierohs­toff daher auf absehbare Zeit Zukunftsmu­sik bleiben.