Grüne Chemie ohne CO2

„Zero Carbon“ – lautet der Titel des neuen Technikums, das mit 10 Millionen Euro hälftig aus Bundes- und Landesmitteln gefördert wird. Ziel ist, Kohlenstoff (Carbon) nicht mehr aus fossilen Rohstoffen zu verwenden und somit den CO2-Fußabdruck der Zivilisation zu verkleinern. Die Kohlendioxid-Emission gilt als Hauptverursacher der Klimaerwärmung. LIKAT-Forscher Udo Armbruster vom Planungsteam sagt: „Wir werden im Technikum Kohlenstoff auf klimaneutrale Weise für die chemische Industrie nutzbar machen und Wasserstoff als Reaktionspartner verwenden.“

Grundstoffe aus „grünen Quellen“

Konkret geht es um Alternativen der Energiespeicherung, der Produktion von Kraftstoffen und der Gewinnung von Grundstoffen für die Chemie. Auch der Wasserstoff, der für solche Reaktionen gebraucht wird, soll künftig aus „grünen Quellen“ stammen. Etwa aus der Weiterverarbeitung von Biomasse oder aus der Wasser-Elektrolyse, und zwar mit Strom, der von Photovoltaik- oder Windkraftanlagen kommt. Die chemische Nutzung nachwachsender Rohstoffe setzt große Mengen an Wasserstoff voraus. Pflanzen, Öle und Zellulose z.B. enthalten im Vergleich zu fossilen Rohstoffen sehr viel mehr Sauerstoff, der bei der Weiterverarbeitung stören würde. Er wird durch Zugabe von Wasserstoff entfernt.

Kohlenstoff ist notwendig für die Produktion von Medikamenten, Kraftstoffen und Energie, Farbe und Reinigungsmitteln, Textilfasern, Kunststoff, Dünger. Bisher stammt er meist aus fossilen Rohstoffen. Udo Armbruster weiß mit vielen Beispielen zu belegen, dass es auch anders gehen könnte. Ein Beispiel: Synthesegas, ein Gemisch aus H2 und Kohlenmonoxid. Bisher entsteht es durch Kohlevergasung oder aus Rohöldestillaten. Es ließe sich jedoch ebenso gut durch die Reaktion von Methan mit CO2 herstellen, das beides in Biogasanlagen anfällt. Eine andere nachhaltige Variante wäre die Nutzung von Biomasse analog zur Kohlevergasung.

Um den Kohlenstoff zu nutzen, könne man Synthesegas auch sehr effizient zu Methanol umwandeln, einem der wichtigsten chemischen Grundstoffe für weitere Synthesen. Ebenso gut könnten langkettige Kohlenwasserstoffe aus nachhaltig erzeugtem Synthesegas entstehen, etwa für die Produktion von Kerosin. Das ist ein hochaktuelles Thema, denn die Luftfahrt verzeichnet stetige Zuwächse.

Partner auch für KMU

Eine solche grüne Chemie erfordert völlig neue Prozesse und Technologien. Das LIKAT arbeitet an geeigneten Katalysatoren dafür, sagt Udo Armbruster. Jeder der Reaktionsschritte, die für diese Prozesse nötig sind, braucht einen eigenen Katalysator. „Wir arbeiten dazu im Labor oft mit Mengen im Milligrammbereich, die auf einen kleinen Fingernagel passen“, erläutert der Chemiker. Die Reaktorröhrchen seien mitunter nicht viel größer als ein Kugelschreiber. Bis zum Tonnen-Maßstab in der Industrie mit tausenden Rohrreaktoren und bis zu 20 Meter hohen Reaktorkolonnen erscheint es ein riesiger Schritt. Genau dafür braucht es das Technikum, das bereits im Kilogramm-Bereich arbeiten wird.

Bisher testet das LIKAT seine Neuentwicklungen in Pilotanlagen von Partnern, meist großen Chemie-Konzernen. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) können sich solche Technika nicht leisten. Mit einem eigenen Technikum macht sich die Rostocker Katalyseforschung nun noch attraktiver für diese Unternehmen. Sie kann vor allem viel mehr Ideen als bisher aus ihrer Grundlagenforschung bis zur Praxisreife führen. Und wenn ein Verfahren in den Pilotanlagen seine Praxistauglichkeit unter Beweis gestellt hat, dann hat es bereits 90 Prozent des Weges bis zum fertigen Industrieprodukt geschafft.

Matthias Beller, Direktor des LIKAT, verweist auf die Rahmendaten des Weltklimagipfels, die Deutschland leider gerissen hat. „Wir wissen, dass die Wissenschaft eine gesellschaftliche Verantwortung hat und dass wir hier etwas beizutragen haben, die Klimakonvention womöglich doch noch zu verwirklichen. Wir entwickeln gerade die Technologien dafür.“