Nachhaltige Nutzung nachwachsender Rohstoffe Das Chemisch-Biotechnologische Prozesszentrum - CBP in Leuna Dr. Markus Wolperdinger, InfraLeuna GmbH, Leuna Prof. Dr. Thomas Hirth, Fraunhofer-IGB, Stuttgart und Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik, Universität Stuttgart

6. BMBF-Forum für Nachhaltigkeit - FONA Session „Bioraffinerie der Zukunft“ 10.09.2009, Hamburg

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Nachhaltigkeit Das Konzept der Nachhaltigkeit beschreibt die Nutzung eines regenerierbaren Systems in einer Weise, dass dieses System in seinen wesentlichen Eigenschaften erhalten bleibt und sein Bestand auf natürliche Weise nachwachsen kann.

Quelle: Deutscher Bundestag, 14. Wahlperiode: Schlussbericht der Enquete-Kommission Globalisierung der Weltwirtschaft – Herausforderungen und Antworten Drucksache 14/9200, 12. Juni 2002.

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Gliederung • Status Quo in der chemischen Industrie: Nutzung fossiler Rohstoffe • Alternative zu fossilen Rohstoffen: Biogene Rohstoffe • Maßnahmen zur Umsetzung: das CBP in Leuna • Perspektive: nachhaltige chemische Industrie

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Die Emission von Treibhausgasen muss reduziert werden

Deutschland hat sich verpflichtet, bis 2010 seine Treibhausgasemissionen um 254 Millionen Tonnen zu reduzieren (bezogen auf 1990). 4

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Die weltweite Ölnachfrage steigt an und wird auch in Zukunft wachsen Entwicklung der Rohölnachfrage weltweit 80.000

Rohöl-Förderkosten (2004-2006)

Mio. bbl/a

70

US$ / bbl Rohöläquivalent

60

Emerging Countries

60.000

69,75

50 40

40.000

29,79

30

Restl. Welt

20.000

20

14,31

32,3

19,46

10 1965

1975

1985

1995

0

2005

Die wachsende Rohölnachfrage erzwingt die beschleunigte Erschließung und Ausbeutung von Ölfeldern mit höheren Förderkosten z.B. Tiefsee

Nahost

U.S. Onshore

Europa

Kanad. Ölsande Tagebau

Tiefsee

Es bestehen massive Unterschiede in den Förderkosten je nach den Standortbedingungen der Lagerstätte

Unabhängig von kurzfristigen Preisschwankungen ist ein fortschreitender starker Anstieg des Ölpreises zu erwarten ! Quellen: bp, EIA, JSW Consulting

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Die gesamte mitteldeutsche Chemieindustrie ist direkt und in hohem Maße von Rohstoff- und Energieimporten abhängig Schkopau: < 100% (Crackerprodukte) Pipeline RostockBöhlen

Schkopau - Polymere - EDC, PVC - Ethylen Derivate

Naphtha LPG

Leuna

Ethylen

Böhlen - Cracker - Anilin

Pipeline Rostock-Schwedt

Piesteritz - Harnstoff, Ammoniak, Salpetersäure

Wasserstoff, Gase

Ethylen Propylen Butadien Aromaten

Piesteritz: 100% (Erdgas)

Ammoniak Harnstoff

Gase

TOTAL-Raffinerie: 100% (Erdöl)

Alternativen? Optionen?

- Raffinerie - Polymere - Basischemikalien - Katalysatoren - Leime, Amine ...

RaffinerieProdukte

Stade

Teutschenthal

- Hafen - Kaverne

- Kaverne

Bitterfeld / Wolfen Bitterfeld / Wolfen - Chlor - Chlor - Anorganische Chemikalien - Anorganische Chemikalien - Quarzglas - Quarzglas Wasserstoff Gase

Rohöl

Hartmannsdorf - Tankfarm

Leuna: Strom- und Dampfversorgung, stoffliche Nutzung 100% (Erdgas) Litvinov

Ethylen / Propylen

"Druschba"Rohöl Pipeline

Erdgas

RaffinerieProdukte

- Cracker - Petrochemikalien

Chlor

< 5 kt/a > 5 to 10 kt/a > 10 to 50 kt/a > 50 to 100 kt/a > 100 to 200 kt/a > 200 to 500 kt/a > 500 to 1000 kt/a > 1000 to 2000 kt/a > 2000 kt/a Transport per Pipeline Transport per Schiene

Böhlen: 100% (Naphtha = Erdölderivate) 6

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Gliederung • Status Quo in der chemischen Industrie: Nutzung fossiler Rohstoffe • Alternative zu fossilen Rohstoffen: Biogene Rohstoffe • Maßnahmen zur Umsetzung: das CBP in Leuna • Perspektive: nachhaltige chemische Industrie

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Die komplexe Struktur von Lignocellulose-haltigen Rohstoffen 40-55%

Lignine

Cellulose

28-41% (Nadelholz) 18-25% (Laubholz)

HemiLignine cellulosen

15-35%

Quellen: O. Faix, BFH Hamburg, Hirth/IGB

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Nachwachsende Rohstoffe stellen die einzige mittelfristig zugängliche Alternative zu fossilen Rohstoffen für die stoffliche Nutzung in der chemischen Industrie dar

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Beim Übergang von petrochemischen zu nachwachsenden Rohstoffen sind viele Herausforderungen zu meistern

• Menge und Verfügbarkeit • Rohstoff Inhomogenität • Zeitliche Herausforderung • Prozess-Skalierung • Prozess-/Produkt Komplexität • Integration in Wertschöpfungsketten

© Bilder: www.tecson.de, InfraLeuna GmbH, FhG

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Eine kaskadenartige und mehrfache Nutzung der Biomasse ermöglicht eine Maximierung der Wertschöpfung

• Kaskadennutzung • Mehrfachnutzung

Biomasse

Quellen: JSW Consulting, VCI

Nahrung & Chemie Futtermittel

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Energie

Dünger

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Leuna ist einer der modernsten Industriestandorte in Deutschland

Leuna: • ist eine Stadt und ein Industriestandort • befindet sich in der Nähe von Leipzig (ca. 180 km südwestlich von Berlin) • blickt auf eine über 90-jährige Chemietradition zurück • ist einer der größten Industriestandorte Deutschlands (ca. 13 km²) • beschäftigt ca. 9.000 Menschen • hat einen Gesamtumsatz von 7,5 Mrd. € • hat einen Umschlag von ca. 12 Mio. t/a

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Die Region ist hervorragend aufgestellt die Herausforderungen bei der industriellen Nutzung nachwachsender Rohstoffe zu meistern

Saatgut Anbau Ernte Transport

Anbau Land- und wasserbasiert Bereitstellung Optimierung

Wertschöpfung

BioKraftstoffe, -Energie

Energetische Nutzung Aufschluss Konversion Trennung Reinigung

Stoffliche Umwandlung: Chemisch und/oder Biotechnologisch Downstream Processing

Rohstoff Aufbereitung

Konversion & Aufarbeitung

Verarbeitung Anwendungstechnische Untersuchungen

Produkte

Futter Nahrung

Universitäten, Forschungseinrichtungen Saatgutzüchter Landwirtschaftl. Betriebe

Universitäten, Forschungseinrichtungen

Aktivitäten Leuna

Regionales Know-how Verarbeitende Industrie

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Bei der Umsetzung der Aktivitäten werden alle interessierten Partner einbezogen Biotech Cluster, Netzwerke

Land SachsenAnhalt und Bund

FraunhoferGesellschaft Standort Leuna

Inkubatoren

Start-up Initiativen

Biotech KMU

Aktivitäten Leuna

Landwirtschaft und Rohstoffe

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Infrastruktur Finanzierung Technologie Know-how

Biotech Cluster, Netzwerke

Know-how „Scouting“ Arbeitsplätze

Universitäten, Institute, Forschung

Unternehmen nachwachsende Rohstoffe

Infrastruktur, Medien Engineering Maschinenbau

Chemische Industrie

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Mit dem in Leuna von der Fraunhofer-Gesellschaft geplanten Prozesszentrum stehen Anlagen zur Entwicklung von Prozessen und ihrer Skalierung bis zum Industriemaßstab zur Verfügung Biotransformation und Bioprozessentwicklung

Bioprozessund Bioproduktbewertung Chemisch-Biotechnologisches Prozesszentrum - CBP

Produktaufarbeitung und Prozessintegration Bioproduktherstellung und -charakterisierung

Industrielle Biotechnologie in der FhG

Rohstoff auswahl und aufbereitung Prozesssimulation und automatisierung

Labor

Labor II

EnzymScreening, Design & Optimierung Technikum

Bild: Linde-KCA

Scale-up und Prozess Entwicklung

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Standort Leuna www.infraleuna.de

Am CBP werden mehrere bundesweite Verbundprojekte zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe und zur Entwicklung innovativer Verfahren durchgeführt

Förderung durch Bundesministerien

Am CBP geplante Projekte

Ole und Fette*

BMELV BMBF BMU Bund, andere

Lignocellulose Nutzung

Bio-Olefine & Produkte

Technische Enzyme*

Projekte mit ca. 40 Partnern (Uni, Forschungsinstitute, KMU, Industrie, andere)

Mikroalgen * Projekte in 2009 angelaufen Zukünftige Projekte

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Am CBP werden mehrere bundesweite Verbundprojekte zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe und zur Entwicklung innovativer Verfahren durchgeführt

Förderung durch Bundesministerien

Am CBP geplante Projekte

Ole und Fette*

BMELV BMBF BMU Bund, andere

Lignocellulose Nutzung

Bio-Olefine & Produkte

Technische Enzyme*

Projekte mit ca. 40 Partnern (Uni, Forschungsinstitute, KMU, Industrie, andere)

Mikroalgen * Projekte in 2009 angelaufen Zukünftige Projekte

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Mit dem CBP können viele positive und nachhaltige Effekte erreicht werden •

•

•

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Klimaschutz und ökologische Effekte –

Beschleunigung des Wechsels der Rohstoffbasis von fossilen Quellen zu nachwachsenden Rohstoffen

–

Effiziente Nutzung begrenzter biogener Ressourcen

–

Entwicklung von Verfahren und Produkten zur CO2 Einsparung

Innovationen –

Technologische Innovationen

–

Bündelung der Kompetenzen mehrerer Disziplinen

–

Übertragbarkeit / Modellcharakter

Multiplikatorwirkung –

Zusätzliches finanzielles Engagement der Industrie

–

Einbindung in existierende Forschungslandschaft

–

Einbringung in Netzwerke und „Cluster“ Initiativen

–

Weltweite Kontakte zur Industrie und zu Forschungseinrichtungen

Ökonomische Effekte –

Positive Beschäftigungseffekte

–

Stärkung des Exports und Mittelrückflusses nach Deutschland

–

Effizienter Einsatz von Forschungsmitteln 20

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Gliederung • Status Quo in der chemischen Industrie: Nutzung fossiler Rohstoffe • Alternative zu fossilen Rohstoffen: Biogene Rohstoffe • Maßnahmen zur Umsetzung: das CBP in Leuna • Perspektive: nachhaltige chemische Industrie

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Vision: Leuna entwickelt sich zum bio- und petrochemisch integrierten Standort Rohöl

Erdgas

Katalysatoren

H2

NaHS

Leime DMF

Formaldehyd Amine

Raffinerie Ethanol Butanol etc.

Wasserstoffperoxid

S8 Propylen N2

CO

Tenside

Bioöle - Tenside

Methanol

Luftzerleger

O2 CO2

Epichlorhydrin

Feinchemikalien Kunststoffdispersionen

Komplexe Chemikalien

PE-Wachse EVACo-polymere, Additive

PACompounds PA 6 / PA 6.6

H2 Bioethylen

Glycerin

Harze

Caprolactam, Polyamid 6, Spinnerei

O2

Methanol

Schmierstoffe

LDPE H2

Methanol

MMA

H2

Steamreformer

H2S

Ethylen

Ammoniak

CO2

„BioRaffinerie“

EBS Aromaten Enzyme Proteine etc.

Neuansiedler

Kraftwerke

Bioöle

Zucker, Stärke, Cellulose, Hemicellulose, Lignin, Algen, Öle INFRASTRUKTUR 22

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Kontaktinformationen Dr. Markus Wolperdinger Leiter Industrielle Biotechnologie InfraLeuna GmbH Tel: +49 (0) 3461 / 43 3083 Fax: +49 (0) 3461 / 43 42 90 Email: [email protected] Prof. Dr. Thomas Hirth Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB Stuttgart Tel: +49 (0) 711-9704401 FAX: +49 (0) 711-9704006 Email: [email protected]

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