Klimagas auf Nachhaltigkeitskurs: Wie CO2 zu Kunststoff wird

Kohlenstoffdioxid treibt den Klimawandel voran, das ist unumstritten. Um dagegen anzugehen, müssen die Emissionen gesenkt werden – das geht auch, indem das CO₂ anderweitig Verwendung findet. Fraunhofer-Forschende haben einen Ansatz entwickelt, um das Klimagas als Rohstoff für Kunststoffe zu nutzen.

Dr. Jonathan Fabarius ist Teil des Forscherteams und erläutert in diesem Interview mit K-MAG, wie der Prozess von Co₂ bis zum fertigen Rohstoff vonstattengeht, für welche Produkte der daraus entstehende Kunststoff nutzbar ist und wann die Forschung soweit ist, damit diese Rohstoffe tatsächlich nutzbar sind.

Dr. Fabarius, wie kann aus CO₂ ein Rohstoff für Kunststoffe entstehen?

Jonathan Fabarius: Für diese Aufgabe muss ein Kaskadenprozess, der verschiedene naturwissenschaftliche Disziplinen miteinander verbindet, eingesetzt werden. Da CO₂ eine energiearme Verbindung ist, wird in einem ersten Prozess über chemische oder elektrochemische Verfahren Energie zugeführt. Das passiert über die Reduktion von CO₂ zu C₁-Verbindungen wie Methanol oder Ameisensäure. An solchen Prozessen arbeitet das Fraunhofer IGB erfolgreich und konnte effiziente Syntheseprozesse bereits demonstrieren. In einem zweiten Schritt wird die aus CO₂entstandene C₁-Verbindung an Mikroorganismen verfüttert. In einem solchen Fermentationsprozess bilden die Mikroben den gewünschten Rohstoff für die Herstellung von Kunststoffen. Auf diese Weise sind Polymerbausteine wie organische Säuren, Aminosäuren oder auch Diamine herstellbar. Auch an diesem Prozessschritt arbeiten wir erfolgreich und konnten das Konzept sowohl mit Methanol als auch mit Ameisensäure als Substrat vorführen. Durch die genetische Modifikation des eingesetzten Mikroorganismus und mit Hilfe der synthetischen Biologie sind wir auch sehr flexibel, was die möglichen Produkte angeht. Dies wurde in der Biotechnologie bei klassischen zuckerbasierten Fermentationsprozessen bereits vielfach demonstriert.

Wie werden diese Rohstoffe anschließend weiter verwertet?

Fabarius: Eine Herausforderung ist die Aufreinigung der Produkte aus der wässrigen Fermentationsbrühe. Hier ist insbesondere die für die Polymerisation benötigte Reinheit der Knackpunkt. Im Anschluss stehen die Polymerbausteine bereit für die Weiterverarbeitung.

Für welche Produkte könnten diese Kunststoffe dann eingesetzt werden?

Fabarius: Insbesondere Produkte, die eine lange Lebenszeit bieten müssen, können ein Einsatzgebiet für solche Kunststoffe sein, um den Vorteil der Nachhaltigkeit auszunutzen. Durch die Vielfalt, der mit Hilfe von Mikroorganismen herstellbaren Polymerbausteine, können viele Polymere abgeleitet werden, wie etwa Polyamide oder Polyester, die unter anderem in der Herstellung von Fasern oder Folien genutzt werden können.

Wie können Ihre Forschungsergebnisse künftig in CO₂-produzierenden Unternehmen eingesetzt werden?

Fabarius: Unsere Arbeiten zielen auf die Entwicklung einer nachhaltigen und CO₂-basierten Produktionsroute für verschiedenste Chemikalien ab. Insbesondere sehen wir die Vorteile solcher Prozesse in der CO₂-Emissionsminderung bei gleichzeitiger Wertschöpfung. Die neuerdings bei der Emission von CO₂ anfallenden Kosten können somit reduziert und gleichzeitig eine wirtschaftliche Verwertung eröffnet werden. Das ist sicher sehr spannend und gerade ein aktuelles Thema für CO₂-emitierende Unternehmen. Selbstverständlich müssen dafür die genutzten Kaskadenprozesse ökonomisch effizient und rentabel sein. Daran arbeiten wir.

Was denken Sie, wann das der Fall sein wird?

Fabarius: Unsere technologischen Ansätze benötigen noch einige Entwicklungsleistungen. Das braucht Zeit und entsprechende Forschungsförderung. Insbesondere Industriekooperationen mit interessierten Unternehmen ermöglichen hier schnelle Entwicklungssprünge und gezielte Verbesserungen des Konzepts durch Austausch von Knowhow. Diese Innovationssprünge hängen natürlich auch vom wirtschaftlichen Druck ab, der mit den steigenden Kosten für die CO₂-Emissionen in Zukunft noch deutlich zunehmen wird. Dennoch schätzen wir aktuell, dass wir in 3 bis 5 Jahren, also nach dem nächsten Förderprojekt, mit den ersten Prozessen in die industrielle Anwendung gehen können.

Was denken Sie: Ist CO₂ der Rohstoff für den Kunststoff der Zukunft?

Fabarius: Wenn Sie mich so fragen: Ja! Die Nutzung von CO₂ als Rohstoff ist unerlässlich, wenn man den Kohlenstoffkreislauf schließen will. Dafür stehen heutzutage mehr Technologieoptionen zur Verfügung als man denkt, mit denen sich zukünftig ein riesiges Portfolio von Produkten aus diesem neuen Rohstoff herstellen lassen wird.