Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBMonomere aus Campher ermöglichen biobasierte Kunststoffe
Im internationalen Forschungsprojekt »Campher-basierte Polymere« forscht das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in den kommenden Jahren an nachhaltigen Herstellungsverfahren für biobasierte Monomere. Diese eignen sich als Ausgangsstoff für Kunststoffe, die bisher auf Erdölbasis produziert werden. Als biobasierte Alternative zum fossilen Rohstoff kommt Campher in Frage, ein Terpen, das in großen Mengen in China aus Nebenprodukten der Zellstoffindustrie hergestellt wird.
Bis heute ist Erdöl ein essenzieller Rohstoff für die Kunststoffherstellung. Da die Ressourcen jedoch endlich sind und knapper werden, suchen Wissenschaft und Industrie mit Hochdruck nach biobasierten Alternativen. Der IGB-Institutsteil Bio-, Elektro- und Chemokatalyse BioCat in Straubing schließt sich im Projekt »Campher-basierte Polymere« mit Forschungs- und Industriepartnern zusammen, um Reststoffe aus der Zellstoffproduktion für die Herstellung von Kunststoff nutzbar zu machen.
Eine biobasierte Alternative zu Erdöl als Ausgangsstoff zur Herstellung von Polyamiden ist Rizinusöl, das jedoch einige Nachteile aufweist. Einerseits steht der Anbau der benötigten Pflanzen in direkter Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Andererseits ist auch die Verarbeitung aufwendig und es werden mehrere Syntheseschritte zur Umwandlung von Riszinusöl in Monomere benötigt.
Als Lösung haben BioCat und seine Projektpartner das Terpen Campher ins Auge gefasst, das aufgrund seiner chemischen Struktur ein großes Potenzial zur Erzeugung von biobasierten Monomeren für Polyamide und Polyester besitzt. Im Kontrast zur Rizinusölproduktion ist außerdem sowohl die Gewinnung von Campher als auch dessen Weiterverarbeitung unproblematisch. Das Terpen wird aus Abfallstoffen der Zellstoffproduktion hergestellt und ist somit nicht nur ein nachhaltiger Rohstoff, sondern auch einfach verfügbar. Zudem ist zur Produktion der beabsichtigten/anvisierten Biomonomere nur ein einziger Syntheseschritt notwendig.
Im Rahmen des Projekts »Campher-basierte Polymere« arbeiten BioCat und seine Partner an einem effizienten biokatalytischen Verfahren für die selektive Funktionalisierung des Camphers zu biobasierten Monomeren. »Das Ziel unseres Projekts ist letztendlich die nachhaltige Erzeugung biobasierter Polymere, die von der Nutzung der natürlichen Terpene aus der chinesischen Zellstoffindustrie bis hin zur Produktion polymerer Materialien in Deutschland reicht«, erklärt IGB-Wissenschaftler Dr. Michael Hofer, der das Projekt bei BioCat leitet.
Um dieses Ziel zu erreichen und die vollständige Wertschöpfungskette abbilden zu können, arbeiten Hofer und sein Team mit wissenschaftlichen und industriellen Projektpartnern aus China und Deutschland zusammen. Die weltweite Campherproduktion auf Zellstoffbasis beläuft sich derzeit auf 17 000 Tonnen pro Jahr und wird fast ausschließlich von nur fünf chinesischen Zellstoffherstellern abgedeckt. Einer davon konnte als Industriepartner für das Projekt »Campher-basierte Polymere« gewonnen werden. Das Potenzial für die globale Camphererzeugung auf Grundlage von Zellstoff beziffern die Projektpartner auf 100 000 Tonnen.
Das im Januar 2018 gestartete Projekt läuft laut Planung bis Dezember 2020. Koordiniert wird es durch den Lehrstuhl Chemie biogener Rohstoffe der Technischen Universität München. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Vorhaben im Rahmen des Programms »Bioeconomy international«.