Entwicklung der Produktionskapazitäten für Biokunststoffe weltweit mit einem Ausblick bis in das Jahr 2021 (Bildquelle: Nova-Institut, 2017)

Entwicklung der Produktionskapazitäten für Biokunststoffe weltweit mit einem Ausblick bis in das Jahr 2021 (Bildquelle: Nova-Institut, 2017)

Die Hauptgründe für das schwächere Wachstum liegen beim niedrigen Ölpreis, in mangelnder politischer Unterstützung sowie in einer Kapazitätsauslastung, die langsamer ansteigt, als erwartet. Prognosen gehen davon aus, dass die Produktionskapazität biobasierter Polymere bis zum Jahr 2021 auf 8,5 Mio. t anwachsen wird.

Einige der Biopolymere zeigen beeindruckende Wachstumszahlen. Polymilchsäure (PLA) etwa hat das Embryonalstadium verlassen und tritt in die frühe Wachstumsphase der S-Kurve ein, während Polybutylensuccinat (PBSX) und Polyhydroxyalkanoate (PHAs) sich noch in einer früheren Phase befinden. Die Hauptaktivitäten bei biobasierten Thermoplasten finden allerdings im Bereich der Polyurethane (PUR) statt. Der Gesamtmarkt für PUR wird bis zum Jahr 2020 auf 30 Mrd. EUR geschätzt, der bio-basierte Anteil daran ist stetig wachsend und soll bis dahin 20 Prozent erreichen. Auch wenn diese Polymere nur teilweise biobasiert sein werden, wird die Verfügbarkeit der bio-basierten Rohstoffe für PUR stark wachsen.

Nicht überraschend ist das Wachstum bei den sogenannten Drop-in-Polymeren, wie dem biobasierten PET. Dessen Eigenschaften sind vollkommen identisch mit petrochemischen PET, so dass es ohne Weiteres auf den Standardanlagen der Plastikverarbeitung verwendet werden kann. Drop-in-Polymere können sich sehr schnell entwickeln, wenn ihr Preis-Leistungs-Verhältnis zu dem ihrer fossilen Entsprechungen konkurrenzfähig ist. Langwierige Entwicklungen und Strategien bezüglich ihrer Anwendungen sind nicht notwendig. Anders verhält sich dies bei neuen Building-Blocks und Polymeren, hier müssen sich Anwendungen und Märkte Schritt für Schritt entwickeln. Das Wachstum biobasierter Bernsteinsäure folgt jedoch den normalen Mustern für die Einführung neuer Materialien am Markt. Auch Polyamide erreichen eine gute Marktentwicklung und können, ähnlich wie PET, problemlos weiterverarbeitet werden. Ein weiterer Vorteil bei ihnen ist, dass es für Polyamide neben Drop-in-Lösungen auch ein erhebliches Innovationspotenzial gibt, um neue Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen zu entwickeln, welche zusätzliche oder neue Eigenschaften haben und so zum Beipiel dem Standard-PA6,6 überlegen sein können.

Verteilung der Biokunststoffe auf verschiedene Anwendungsbereiche heute und im Jahr 2021 (Bildquelle: Nova-Institut, 2017)

Verteilung der Biokunststoffe auf verschiedene Anwendungsbereiche heute und im Jahr 2021 (Bildquelle: Nova-Institut, 2017)

Sowohl die chemisch-katalytischen als auch die fermentativen Produktions-Technologien wurden entwickelt, um nachhaltige Materialien herzustellen. In den meisten Fällen steht noch nicht fest, welches schließlich die beste Technologie zur Herstellung ist; hierzu zählen unter anderem Milchsäure, Furane oder Butandiol. Auch spielt die Verwendung von Stoffströmen aus biogenen Abfällen und Non-Food-Rohstoffen eine zunehmend wichtige Rolle. Unternehmen machen vor allem aus Kostengründen Gebrauch von diesen Ressourcen, ungeachtet der Diskussionen über Nahrungsmittelverschwendung oder Konkurrenz um landwirtschaftlich nutzbarer Flächen. Interessanterweise steigen immer mehr nicht-traditionelle Akteure aus der Holz-, Papier-, Zucker- und anderen landwirtschaftlichen Industrien in chemische Wertschöpfungsketten ein. Zur gleichen Zeit entwickeln aber auch verschiedene große traditionelle Öl- und Chemiekonzerne nennenswerte Aktivitäten in diese Richtung.

Fallbeispiel Polyhydroxybutyrat (PHB)

Auch das Polyhydroxybutyrat (PHB) als bekanntester Vertreter der Gruppe der Polyhydroxyalkanoate steht beispielhaft für das enorme Potenzial der Biopolymere. Hier handelt es sich um eine Gruppe vollkommen neuer, biologisch abbaubarer und biokompatibler Polymere mit neuartigen Eigenschaften. Sie können je nach Kettenlänge in ihren individuellen Eigenschaften angepasst und auf spezifische Anwendungen hin optimiert werden. Außerdem lassen sie sich auch zur Herstellung verschiedenster Copolymere verwenden. Obwohl PHAs langfristig ein sehr großes Potenzial haben, befinden sich Forschung und Markt im Vergleich zu anderen Biokunststoffen und vor allem Drop-Ins wie bioPET noch in den Kinderschuhen.

Vor- und Nachteile von PHAs – eine Analyse

Vorteile und Nachteile der PHA-Produktion in Form einer SWOT-Analyse [2] (Bildquelle: Jan Ravenstejn, Nova-Institut, 2017)

Vorteile und Nachteile der PHA-Produktion in Form einer SWOT-Analyse [2] (Bildquelle: Jan Ravenstejn, Nova-Institut, 2017)

Zwar ist der Entwicklungsstand bei PHAs derzeit noch sehr gering, dennoch kann man einige sehr wichtige Lehren aus der PHA-Markt- und Forschungsentwicklung ziehen. Einen Überblick über die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten dieser Polymere gewährt die SWOT-Analyse für PHAs. Diese zeigt auf, dass bei den PHAs neben spezifischen Eigenheiten auch Chancen und Probleme auftauchen, die sie mit einer großen Anzahl anderer Biopolymere gemein haben. Zwar besitzen viele das Potenzial, petrobasierte Polymere zu ersetzen oder sogar in ihren Eigenschaften zu übertreffen, jedoch besteht noch viel Handlungs- und vor allem Kooperationsbedarf um die technische Entwicklung und die Marktdurchdringung zu fördern.

Sowohl die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Kohlenhydrate als auch CO2 als Rohstoff zur Produktion von Chemikalien und Polymeren werden immer bedeutender. Experten schätzen, dass biobasierte Chemikalien wie Adipinsäure, Butandiol, Furandicarboxylsäure, Milchsäure und Bernsteinsäure bis zum Jahr 2030 eine biobasierte Chemikalien-Plattform mit einem Wert von über 30 Mio. EUR darstellen werden. Neben den hier exemplarisch vorgestellten Polymeren sind zum Beispiel auch biobasierte Schmiermittel und Tenside mit jährlichen Wachstumsraten von 5 – 10 Prozent gute Kandidaten, die bio-basierten Anteile der Produkte adäquat zu steigern. Sie alle erfüllen die Versprechungen der Bioökonomie und der Grünen Chemie, bei der neue oder verbesserte Herstellungsprozesse wie die Biotechnologie mit weniger umweltschädlichen Prozessen und weniger Treibhausgasemissionen im Fokus stehen.

 

Literatur

[1] Bio-based Building Blocks and Polymers – Global Capacities and Trends 2016 – 2021, Nova-Institut, http://bio-based.eu/reports

[2] Nova Trend Report Jan Ravenstijn (2017). Bio-based polymers, a revolutionary change — Comprehensive trend report on PHA, PLA, PUR/TPU, PA and polymers based on FDCA and SA: Latest developments, producers, drivers and lessons learnt, http://bio-based.eu/reports

 

 

Über die Autoren

Kerstin Iffland

, Bereich Biobasierte Chemie & Industrielle Biotechnologie, Nova-Institut, Hürth,
kerstin.iffland@nova-institut.de

Achim Raschka

ist Abteilungsleiter Technologie und Märkte, Nova-Institut, Hürth,
achim.raschka@nova-Institut.de

Michael Carus

ist Geschäftsführer Nova-Institut, Hürth,
michael.carus@nova-institut.de