Bioraffinerie

Bioraffinerie ist ein integratives Gesamtkonzept für die biochemische und thermochemische Konversion (Umwandlung) von nachwachsenden Rohstoffen zu Chemikalien, Werkstoffen sowie Brenn- und Kraftstoffen als Beitrag zum nachhaltigen Wirtschaften unter möglichst vollständiger Ausnutzung der Biomasse.

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In der Bioraffinerie wird Biomasse zum einen durch chemische und/oder biochemische Konversion (z.B. Fermentation, Biokatalyse) mit angeschlossener Aufbereitung zu Grund- und Feinchemikalien, Pharmaka oder Biopolymeren verarbeitet. Zum anderen wird durch thermo-chemische Konversion ein Bio-Synthesegas erzeugt, welches nach Gas-to-liquid-Technologien (GTL) zu Kraftstoffen (Fischer-Tropsch-Benzin/-Diesel, Methanol, Ethanol etc.) veredelt werden kann. Zudem verfügt die Bioraffinerie über eine integrierte Energieerzeugung, die ihren Brennstoff – nachwachsend und Kohlendioxidneutral aus Rückständen und Brenngasen des Prozesses bezieht.

Aktuell erfährt die Nutzung moderner biotechnologischer Methoden für industrielle Produktionsprozesse unter dem Begriff "Weiße Biotechnologie" einen enormen Schub. So werden biotechnologische Verfahren bereits heute eingesetzt, um Kraftstoffe (z.B. Biodiesel, Ethanol), Grundchemikalien (wie z.B. Propandiol) und organische Säuren (z.B. Citronensäure) herzustellen. Auch einige Vitamine und Aminosäuren (z.B. L-Glutaminsäure) werden mit Hilfe von Mikroorganismen großtechnisch produziert. Nach einer Marktstudie von Festel betrug 2001 der Anteil biotechnologisch hergestellter Chemikalien mit 30 Milliarden US-$ 2,5 % des Gesamtmarktes. Bis 2010 wird ein Anstieg auf ca. 20 % (310 Milliarden US-$ bei einem Gesamtumsatz von 1 600 Milliarden US-$) prognostiziert. Bei den durch hohe Wertschöpfung charakterisierten Feinchemikalien fällt die Wachstumsprognose besonders attraktiv aus: Von heute 16 % auf 60 % im Jahr 2010, vor allem für enantiomerenreine Pharmawirkstoffe.

Auch Bio-Werkstoffen, die vor allem in der Kunststoffherstellenden und -verarbeitenden Industrie Verwendung finden, wird eine profitable Zukunft vorausgesagt. Die Kunststoffindustrie einschließlich des zuliefernden Maschinenbaus in Deutschland verzeichnete 2003 einen Umsatz von mehr als 67 Milliarden EURO.

Eine Studie von Frost & Sullivan analysiert, dass Biotechnologieunternehmen mehr als 50 % ihrer Erlöse in Forschung und Entwicklung investieren. In Deutschland entdecken mehr und mehr Lehrstühle, Forschungseinrichtungen, Institute und Unternehmen der Großchemie biobasierte Rohstoffe als Forschungsthema. Die deutsche chemische Industrie ist nach den USA und Japan der weltweit größte Hersteller chemischer Produkte.

Die Entwicklung der Bioraffinerie steht noch am Anfang – besonders in Deutschland und Europa. In den USA werden die Aufgaben seit Jahren offensiver angegangen. Dort erwarten Experten, dass bis 2020 ein Viertel der derzeitig fossil-basierten organischen Grundstoffe und 10 % der Öle und Kraftstoffe mittels Bioraffinerie-Technologien produziert werden . Die USA investieren jedes Jahr rund 360 Mio. US-Dollar in die Förderung von Biomasse (2003: ca. 420 Mio. US-Dollar, 2005: ca. 310 Mio. US-Dollar). Dagegen hat die EU in die Forschung zur Nutzung von Biomasse in sechs Jahren insgesamt 74 Mio. Euro (innerhalb des 6. Forschungsrahmenprogramms) investiert. Derzeit prüft das EU-Parlament einen Vorschlag, in dem die EU-Kommission vorschlägt, den gesamten FuE-Bedarf im 7. Forschungsrahmenprogramm (2007-2013) zu verdoppeln.

Literatur

• Festel, G. et.al.: Der Einfluss der Biotechnologie auf Produktionsverfahren in der Chemieindustrie, Chemie Ingenieur Technik 2004, 76, No. 3, S. 307 - 312
• Pressemitteilung Frost & Sullivan vom 20. April 2004, Fortschritte bei biotechnologischen Verfahren für die chemische Industrie, www.frost.com
• Biobased Industrial Products: Research and Commercialization Priorities (2000) Commission on Life Sciences (CLS). Der Text diente als Fachvorlage zur "Präsidentenorder" Nr.: 13101 zur Auflage eines gleichnamigen FuE-Programms in den USA bis zum Jahre 2010.
• Kamm, B. und Kamm. M.: Biorefinery-Systems, Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 2004, 18 (1), S. 1 - 6, pdf-Datei.