Umwandlung von biogenem CO2 in Chemikalien mit Mehrwert
Die chemische Industrie ist bei der Herstellung von Kunststoffen, Brennstoffen und alltäglichen Materialien in hohem Maße auf fossile Rohstoffe angewiesen, wobei erhebliche Mengen an Treibhausgasen emittiert werden. Es reicht nicht aus, die Emissionen zu reduzieren. Kohlenstoff als Ressource muss neu überdacht werden.
CO2 in echte Produkte umwandeln
Anstatt Kohlendioxid (CO2) als Abfall zu behandeln, suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, es in wertvolle Chemikalien umzuwandeln, mit denen Produkte aus fossilen Rohstoffen ersetzt werden können. Die Nutzung von biogenem CO2, das beim Biomassemanagement oder bei biologischen Prozessen freigesetzt wird, bietet einen besonders vielversprechenden und zirkulären Weg, da so vermieden werden kann, der Atmosphäre neuen Kohlenstoff hinzuzufügen. Stattdessen wird es in sinnvolle Wertschöpfungsketten zurückgeführt, wodurch deren Abhängigkeit von fossilen Quellen verringert wird. Das EU-finanzierte Projekt CO2SMOS(öffnet in neuem Fenster) wurde ins Leben gerufen, um diese Vision voranzutreiben, indem CO2 in Verbindungen mit Mehrwert umgewandelt wird, die anschließend in biobasierte Materialien integriert werden können. Insgesamt wurden sieben CO2-abgeleitete Verbindungen generiert, darunter PHAs(öffnet in neuem Fenster) und Karbonate, die erfolgreich zu Biomaterialien wie kompostierbaren Verpackungsfolien, Formteilen und Filamenten für den 3D-Druck verwertet wurden. „Unsere industriellen Endverbraucher haben bestätigt, dass CO2-abgeleitete Chemikalien in echte Produkte integriert werden können, wodurch neue Marktchancen eröffnet werden“, erklärt Projektkoordinator Nicolas Martin Sanchez.
Methoden für die Umwandlung von CO2 in nützliche Chemikalien
Das CO2SMOS-Team stützte sich auf eine Mischung aus biologischen und chemischen Ansätzen. Durch die Kombination von Biologie, Chemie und Elektrochemie schuf es einen Werkzeugkasten mit Lösungen, die zeigen, dass CO2 in viele industrielle Wertschöpfungsketten einfließen kann. Eine der Methoden nutzt anaerobe Mikroorganismen, um CO2 zu verbrauchen und es in Bausteine wie Säuren und Alkohole umzuwandeln, die wiederum als Bausteine für die Herstellung von Kunststoffen und Polymeren weiterverwendet werden können. Bei anderen Verfahren werden Katalysatoren eingesetzt, um die chemische Umwandlung von CO2 in gängige Verbindungen der Verpackungsindustrie zu steuern. Das Projekt untersuchte auch hochmoderne elektrokatalytische Ansätze, bei denen CO2 zur Erzeugung von vielseitigen chemischen Zwischenprodukten mit erneuerbarem Strom kombiniert wird. Parallel dazu wurden thermokatalytische Verfahren eingesetzt, um CO2 und natürliche Öle in Karbonate zu verwandeln – wichtige Bausteine für nachhaltige Kunststoffe und Beschichtungen. Diese Mischung aus komplementären Technologien zeigt, dass verschiedene industrielle Wege von CO2 als Rohstoff profitieren können.
Regulatorische und ökonomische Herausforderungen
Technisch gesehen hat CO2SMOS bewiesen, dass CO2 ein Ausgangsstoff für Materialien mit hervorragender Leistung und potenziell CO2-negativer Bilanz sein kann. Durch die Demonstration biobasierter Kunststoffe unter industriellen Bedingungen konnte das Projekt ihre Integration in bestehende Wertschöpfungsketten validieren. Sanchez sagt jedoch weiter: „Die rechtlichen Rahmenbedingungen sind weiterhin eher auf Biokraftstoffe als auf Chemikalien ausgerichtet. Der Ausbau der politischen Unterstützung(öffnet in neuem Fenster) für CO2-abgeleitete Materialien wird der Schlüssel zur Beschleunigung der Marktakzeptanz sein.“ Darüber hinaus sind CO2-basierte Verfahren nach wie vor teurer als fossile Verfahren. Dies ist vor allem auf die Kosten für grünen Wasserstoff zurückzuführen, der bei vielen Umwandlungen unentbehrlich ist.
Industrielle Akzeptanz und nachhaltige Wirkung
Das Projekt hat bereits eine Validierung im Pilotmaßstab erreicht, insbesondere für Fermentationstechnologien. Bevor ein vollständiger industrieller Einsatz möglich ist, sind weitere Ausbaustufen und detaillierte technisch-wirtschaftliche Bewertungen erforderlich. Weitere katalytische Innovationen befinden sich in einer früheren Phase, besitzen jedoch ein starkes langfristiges Potenzial. Durch den Nachweis, dass biogenes CO2 in Kunststoffe und Chemikalien für industrielle Anwendungen umgewandelt werden kann, leistet CO2SMOS einen Beitrag zu einer kreislauforientierten, klimaneutralen Wirtschaft. Die entwickelten Methoden werden die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen verringern und CO2 als nachhaltigen Ausgangsstoff positionieren, der neue Zukunftswege für die biobasierte Industrie eröffnet.