Schiefergas & Fracking - Was hat das mit Bioökonomie zu tun?

In den USA ein Thema für Hollywood („Promised Land, deutscher Kinostart war am 20. Juni 2013), in Deutschland in allen Zeitungen vom Feuilleton bis zum Wissenschaftsteil: Die gesellschaftliche Debatte über Fracking – die Methode um Schiefergas zu gewinnen – kommt ins Rollen. (Schiefergas, engl. shale gas,  ist Erdgas, welches in Tonsteinen gespeichert vorliegt und auch als „unkonventionelles“ Erdgas bezeichnet wird.) „Billiges Schiefergas macht Chemie auf fossiler Basis noch wettbewerbsfähiger und wird den biobasierten Produkten das Leben schwer machen!“ So könnte man auf den ersten Blick meinen. Ganz so simpel darf die Betrachtung aber nicht ausfallen. Am Beispiel der Kunststoffe soll gezeigt werden, wie komplex die Zusammenhänge zwischen Schiefergasgewinnung und biobasierten Produkten sind:

Schiefergas-Ethylen statt Bioethanol als Rohstoff für PVC & PE?

In den USA zeichnet sich seit einiger Zeit ein Schiefergas-Boom ab. Das beeinflusst nicht nur die Produkte, die unmittelbar vom Methan als Hauptbestandteil des Schiefergases abhängen (wie Wasserstoff und Methanol), sondern ist für alle energieintensiven Prozesse von hoher Bedeutung. Das Schiefergas enthält auch die Begleitgase Ethan (bis zu 11 Prozent) und Propan (bis zu 3 Prozent) als Quelle kurzkettiger Olefine. Die große Zahl der in den USA auf Erdgas-Basis betriebenen Cracker wird mit dem billigen Schiefergas insbesondere das Ethylen immer günstiger produzieren. Damit ist eigentlich die Situation für die Folgeprodukte Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) etc. klar: Die Zukunftsaussichten für Bioethanol als Ausgangsstoff für diese Kunststoffe dürften sich drastisch verschlechtern. Die Vorboten sind erkennbar: Dow Chemical und Solvay haben Projekte für PE- und PVC-Produktionsanlagen auf Bioethanolbasis in Brasilien schon verschoben, beziehungsweise “on hold“ gesetzt.

Polypropylen (PP) – Günstiger durch Fracking?

Viele C3-Basischemikalien sind vom Propen abhängig, so z. B. auch der durch Polymerisation von Propen gewonnene Kunststoff Polypropylen (=Polypropen). Die Preisentwicklung von Propen ist jedoch nicht ganz so eindeutig zu prognostizieren, da die europäischen Naphtha-Cracker einen höheren Propenausstoß haben, im Gegenzug aber der Propananteil im Schiefergas nicht hoch liegt. Darüber hinaus existieren jedoch alternative Herstellungswege für Propen aus Ethylen oder Methanol, deren Preis durch das Schiefergas wiederum sinken wird.

Glycerin und Milchsäure als biogene Basis für attraktive chemische Bausteine

Die Basis Nachwachsende Rohstoffe wartet dagegen mit den Zwischenprodukten Glycerin und Milchsäure auf, welche über mehrere Synthesewege zu verschiedenen (Bio-)Kunststoffen verarbeitet werden können.

Glycerin kann unter anderem zu Epichlorhydrin umgesetzt werden, welches z. B. für die Herstellung von Autoreifen verwendet wird. Dieser Syntheseweg ist mittlerweile auch schon von Solvay industriell etabliert. Daneben können durch die Weiterverarbeitung von Glycerin zu Acrylsäure beispielsweise Superabsorber (werden u. a. in Windeln eingesetzt) und eine Vielzahl von weiteren Kunststoffen produziert werden. Allerdings müssen die verfügbaren Mengen an Glycerin im Auge behalten werden: geschätzten 2 bis 3 Millionen Tonnen Glycerin weltweit als Koppelprodukt der Biodieselproduktion stehen heute ca. 4,5 Millionen Tonnen Acrylsäureproduktion gegenüber. Die regionale Verteilung ist dabei sehr ungleich.

Für den Weg der Milchsäure aus Glucose entfällt diese Limitierung. Die Milchsäure könnte prinzipiell klassisch chemisch zur Acrylsäure umgewandelt werden; gleichzeitig ist die Milchsäureproduktion heute schon für die Herstellung des Kunststoffs Polymilchsäure (PLA) in großem Maßstab (mehr als 100.000 Tonnen) etabliert. Allerdings könnte es dieser Biokunststoff durch billigeres Polyethylen mit ähnlichem Eigenschaftsprofil im Verpackungssektor schwerer haben.

Bei C4- (Buten, Butadien, Butandiol, Bernsteinsäure) und C5-Bausteinen (Isopren, Lävulinsäure) stellt sich diese Diskussion nicht; Erdgas-Cracker liefern keine C4- und C5-Produkte im Gegensatz zu Naphtha-Crackern. Eine Verschiebung hin zu Schiefergas zu Lasten der Naphtha-Cracker würde sogar den Bedarf nach einem biobasierten Zugang eher stärken.

Wie steht es mit den aromatischen Verbindungen?

Es gibt derzeit eine ausreichende Produktion von Benzol (für Adipinsäure und damit Nylon) und Xylol (für Phthalsäure und damit Polyethylenterephthalat - PET) auf der Basis von Erdöl. Billigeres Methanol durch Fracking könnte eventuell die Aromatenproduktion über das MtA (methanol-to-aromatics)-Verfahren wirtschaftlich machen.

Wozu also sollten Aromaten auf biogener Basis (C5- und C6-Zucker) mit den zumindest derzeit relativ aufwändigen Verfahren produziert werden? Werden Verbraucher höhere Preise für „grünes PET“ zahlen, wo doch PET ohnehin aufgrund seiner ausgezeichneten Recyclingfähigkeit ziemlich nachhaltig erscheint? Coca-Cola scheint dies so zu sehen und hat schon in 2009 entsprechende Entwicklungen angestoßen (www.plantbottle.info).

Ausblick – oder wo kommt die Politik ins Spiel?

Bei all den wirtschaftlichen Überlegungen darf man jedoch eines nicht vergessen: Die Argumente, welche für das billige Ethylen aus Schiefergas und seine Folgeprodukte sprechen, zählen nur sehr bedingt, wenn agrar- und versorgungsstrategisch motivierte Entscheidungen der Politik die Bioethanolproduktion unterstützen.

Das heißt, wenn Bioethanol aufgrund von Subventionen weiterhin billig und in großen Mengen verfügbar ist, könnte sich die oben dargestellte Sachlage zugunsten der biobasierten Produkte verschieben. Daneben besteht auch trotz des Schiefergas-Booms, der aktuell besonders in den USA deutlich wird, keine wirkliche Unabhängigkeit von ausländischen Rohstoffen. Doch eben jenes Argument der Unabhängigkeit hat auch die Förderung von Bioethanol stark beeinflusst.

Man darf gespannt sein, welche politischen Diskussionen daraus folgen werden.