Rohstoffe für die Fabrik der Zukunft Forschungsaktivitäten des BMVIT im Bereich

1. Rohstoffe für die Fabrik der Zukunft Forschungsaktivitäten des BMVIT im Bereich nachwachsender Rohstoffe (I) Umwelttechnik – Beirat BMLFUW 17. Jänner 2005 Hans-Günther Schwarz BMVIT, Abt. Energie- und Umwelttechnologien

2. Überblick NWR als „Chemie-Rohstoffe der Zukunft“? Impulsprogramm Nachhaltig Wirtschaften – aktueller Stand Nachwachsende Rohstoffe in der „Fabrik der Zukunft“

3. NWR als „Chemie-Rohstoffe der Zukunft“? • Ergebnisse des Projekts: „INDUSTRIAL BIOPRODUCTS – Chemikalien aus Biomasse für die chemische Industrie“ • AutorInnen: S. Wagner, H. Böchzelt, H. Schnitzer et al. (JOINTS / Joanneum Research) • Im Auftrag des BMVIT

4. Erneuerbare Rohstoffe vs. Erdöl • NWR sind meist polymere, hoch funktionalisierte Stoffe oder Stoffgemische mit molekular gebundenem Sauerstoff • Synthesevorleistung der Natur nutzen  Produkte, die auf petrochemischem Weg aufwendig herzustellen sind oder neue Produkte mit speziellen Eigenschaften • Wissensvorsprung der Erdölchemie im Vergleich zur Naturstoffchemie

5. Einsatz von „Biochemikalien“ • stoffliche Nutzung im Vergleich zur energetischen Nutzung (Treibstoffnutzung) weniger weit industriell entwickelt • integrierte Produktion von Biochemikalien forschungsseitig nur in der grünen Bioraffinerie • biotechnologische Verfahren zur Erzeugung von Grundchemikalien noch zu wenig entwickelt

6. Voraussetzungen … für einen industriellen Einsatz von Biomasse: • Preis • Verfügbarkeit • Verarbeitungstechnologie

7. Potential der verschiedenen Stoffgruppen • aussichtsreichste Stoffgruppen: Fette und Öle (z.B. Cognis) und/oder Kohlenhydrate • Fette und Öle aufgrund der vorhandenen Mengen und der bereits großtechnischen Umsetzung vieler Anwendungen (in der Kosmetik, als Tenside, Weichmacher, etc.) in der chemischen Industrie sehr interessant, energetisch wichtig als Biotreibstoffe • Chemie der Fette und Öle bereits ausgeschöpft • bei Kohlenhydraten besteht noch erheblicher Forschungsbedarf, insbesondere bei der Entwicklung neuer Prozesse (z.B. Ausbeute und Verfahren bei Herstellung von HMF aus Monosacchariden und Säure noch immer nicht ausgereift) • Nutzung von Hemicellulosen in der Celluloseindustrie

8. Rohstoff: Wettbewerb und Preise (I) • direkter Vergleich oft sehr schwierig, da einige Produkte aus NWR nicht aus Erdöl hergestellt werden können und umgekehrt • Vergleich der Rohstoffarten derzeit nur nach Preis, Vergleich der Weltmarktpreise durch Subventionierung von NWR in der EU schwierig • Vorteile erneuerbarer bzw. Nachteile fossiler Rohstoffe fließen nicht ein (vielleicht müssen sie das auch nicht, weil Erdöl in Zukunft teurer wird!?) – Wertschöpfung muss messbar gemacht werden

9. Rohstoff: Wettbewerb und Preise (II) • gemeinsame Strategien von Landwirten, Erzeugern und Verteilern fehlen meist noch • Strukturwandel der chemischen Industrie Chance für erneuerbare Rohstoffe in der chemischen Produktion (derzeit nur geringe Mengen von Naturstoffen im Einsatz) • wichtig: Frage der Ökoeffizienz (gesamter Lebenszyklus ist zu betrachten- von Methodenentwicklung bis zur Markterschließung, Beispiel: Ökoeffizienzanalyse von BASF)

10. Logistik • Strukturproblematik  Umwidmung der Nutzung bekannter Nahrungsmittelpflanzen zu Industriepflanzen • hohe Kosten der Lager- und Transportsysteme und hohe Preise am Ort des Bedarfs  direkte Verarbeitung der Rohstoffe an Ort und Stelle, direkte Kooperationen mit Herstellern notwendig • nötige Schnittstellen zwischen den Akteuren fehlen nach wie vor • Pflanzen müssen zielgerichtet für ihren späteren Einsatzzweck angebaut werden • zu kleine Flächen in Österreich

11. Technologieentwicklung • bei NWR  Mangel an Technologien zur Weiterverarbeitung der Rohstoffe  Abgleich bestehender Verarbeitungstechnologien oder Entwicklung vollständig neuer Prozesse (Ausnahme: Oleochemie), neue Vertriebswege notwendig • Wissen im molekularen Bereich  noch Mangel an Know - How und einer engeren Auswahl an Grundbausteinen bei NWR • Durchbruch bei der Herstellung von Basischemikalien (z.B. Propylenoxid aus NWR) steht noch aus • Nutzung von vorhandenen Technologien, Nutzung von Reststoffen • Prozesse möglichst nach „Green Chemistry“ - Prinzipien

12. BIOTECHNOLOGIE • in Zukunft noch wichtiger (z.B. siehe Polymerherstellung von Dow) • Herstellung von biologisch abbaubaren Kunststoffen, neue Enzymklassen und Spezialenzyme für die Waschmittelindustrie,.. • Verfahren zur Höherveredlung der Rohstoffe • geeignete (Bio) - Katalysatoren • resistentere, ertragreichere und wertstoffreichere Pflanzen (Versorgungssicherheit) durch Gentechnik • mangelnde Akzeptanz in Öffentlichkeit • Forderung der Industrie  keine Erhöhung der Prozesskosten durch Anwendung von Biotechnologie

13. Qualitätskriterien und Normen Industrie fordert Produkte bekannter und konstanter Qualität: • Entwicklung europäischer Normen  Anforderungen an Qualitäts-, Mengen- und Preisstabilität  bis heute noch keine Definition der dringend benötigten Qualitätsnormen • Normen müssen derzeit noch in aufwendiger Eigenleistung durch Anbieter und Anwender erarbeitet werden • Qualitätskriterien können nicht ganz genau definiert werden  Einstellung einer möglichst eng gefassten Qualitätsbandbreite und Berücksichtigung von Schwankungen bei Produktentwicklung und Planung (Verträge zwischen Akteuren)

14. INDUSTRIELLE FORSCHUNG • Firmen informieren sich über Literatur- & Patentrecherchen und durch Zusammenarbeit mit Universitäten und Forschungsinstituten, wenige haben F&E – Abteilungen • Firmen der chem. Industrie müssen ihre Forschungsgelder auf aussichtsreichsten Produkte fokussieren • staatlich finanzierte Vorlaufforschung • mehr Transparenz von Wissenschaft, Ergebnisse besser zugänglich machen, gemeinsame Sprache finden • Zusammenarbeit bereits in Anfangsphase des Projektes (koordinierte F&E-Forschung)

15. „Industrial Bio-Products“ in den USA • Anlage zur PLA-Polymererzeugung in Nebraska von Cargill Dow (jährliche Produktion von 136.000 t) • Herstellung von 1,3 - Propandiol SORONA durch DuPont (Polymervorstufe) • Potentielle weitere Märkte für Bioprodukte: Polymere, Klebstoffe, Lösungsmittel, Herbizide und Pharmazeutika • Wichtige „neue“ Bioprodukte: Polylactid (Polymer aus Milchsäure), Ethyllactat, 1,3 – Propandiol, Propylenglykol, Polyhydroxyalkanoate u.a.

16. Bioprodukte in der EU Wichtigste Rohstoffe und ihre Produkte: • Fette/Öle als Tenside, Schmiermittel und Emulgatoren (Tenside 1,2 Millionen t jährlich in der EU (1998) hergestellt) • Stärke (z.B. in Mischungen mit Copolymeren fossiler Herkunft) • Biofasern als Verbundstoffe • Feinchemikalien für Pharmazie und für Kosmetika

17. ZUSAMMENFASSUNG (I) • Erdölverknappung und –verteuerung  auf lange Sicht sind biobasierte Rohstoffe sowohl pflanzlich als auch tierisch einzige Lösung für eine nachhaltige Entwicklung! • Marktanteil seit 10 Jahren stabil bei 10%! • größte Probleme nach wie vor Verfügbarkeit und Qualität der Rohstoffe • fehlende Normen • Preisschwankungen • fehlende Technologieentwicklung • hoher Innovationsgrad aber geringe Wirtschaftlichkeit und Praxisorientierung

18. ZUSAMMENFASSUNG (II) • aus all diesen Gründen  Großteil der chemischen Industrie setzt noch vorwiegend auf die Petrochemie • viele Firmen kümmern sich nicht um die Herkunft ihrer Rohstoffe, nur Preis ist interessant Preis, Qualität und Verfügbarkeit des Rohstoffes entscheiden nach wie vor • hier muss erst „Umdenken“ stattfinden • trotzdem finden im Hintergrund in den größeren Konzernen sicher Strategienbildungen für die „Zeit nach Erdöl“ statt • öffentliches Interesse an NWR zurückgegangen vor allem in Europa • chemische Industrie der USA gibt aber „public acceptance“ als treibende Kraft für einen verstärkten Einsatz der industriellen Bioprodukte an  verstärktes Marketing vonnöten

19. Kontakt Hans-Günther Schwarz Abteilung Energie- und Umwelttechnologien Tel.: +43 1 53464 2920 E-Mail: hans-guenther.schwarz@bmvit.gv.at Web: www.nachhaltigwirtschaften.at