Kunststoffe aus CO2

Eine Matratze oder ein Kühlschrank aus Kohlendioxid? Das könnte bald zu haben sein. Denn Kohlendioxid (CO₂) ist nicht nur ein klimaschädliches Abgas, dessen Emissionen so weit wie möglich vermieden werden müssen — sei es aus Kohlekraft‑, Zement- oder Stahlwerken, aber auch aus Biogasanlagen und Fahrzeugen. CO₂ ist auch ein Rohstoff, der gewinnbringend genutzt werden kann. Um zu erforschen, wie das möglich ist, startete das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 2009/2010 seine Förderinitiative ​“Chemische Prozesse und stoffliche Nutzung von CO₂″. Die insgesamt rund 100 Millionen Euro Fördermittel aus dem BMBF werden durch weitere knapp 50 Millionen Euro aus der Industrie ergänzt. In mehr als 30 Verbundprojekten arbeiten Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam an neuen Verfahren, mit denen das CO₂ aus Abgasen getrennt und zu neuen Stoffen verarbeitet werden kann, zum Beispiel zu Kunststoffschäumen oder Bauteilen aus Hartplastik. Als Quelle für Kohlenstoff könnte CO₂ einmal teurer und knapper werdendes Erdöl ersetzen, aus dem die chemische Industrie bisher einen Großteil ihrer Chemikalien und Kunststoffe herstellt. Die Herausforderung dabei: CO₂ steht chemisch gesehen am Ende der Verbrennungskette und ist deshalb besonders reaktionsträge und energiearm. Chemiker müssen daher tief in ihre Trickkiste greifen, um das CO₂ zu mobilisieren, zum Beispiel mit geeigneten Katalysatoren. In einigen Fällen werden auch große Mengen Energie dafür benötigt. Sie müssen aus regenerativen Quellen kommen, damit die Verfahren nachhaltig sind. Dabei lassen sich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen. Denn es fehlt derzeit noch an Speichern für Wind- oder Solarenergie, die künftig in Zeiten eines Überangebotes in größerem Umfang ungenutzt bleiben würden. Diese Energie könnte genutzt werden, um aus Wasser per Elektrolyse Wasserstoff zu gewinnen und daraus mit CO₂ Methan herzustellen. Methan kann einerseits als chemischer Grundstoff vielfältig weiter verarbeitet werden, zum Beispiel zu Kunststoffen oder Kraftstoffen. Methan ist darüber hinaus Hauptbestandteil von Erdgas und lässt sich deshalb unbegrenzt in das Erdgasnetz einspeisen. Dieser Ansatz wird als ​“Strom-zu-Gas”-Technologie bezeichnet. Auf diese Weise wird elektrische Energie chemisch gespeichert. Mittlerweile können die Forscher beim Erschließen von CO₂ als Rohstoff erste Erfolge vermelden:

Entwicklung effektiver Katalysatorsysteme, mit denen CO₂ zu Kunststoffen verarbeitet werden kann

Im Projekt ​“CO₂ als Polymerbaustein” unter Federführung von BASF gelang es, CO₂ als Baustein für die Herstellung des Kunststoffs Polycarbonat zu nutzen. Die Forscher entwickelten hierfür Katalysatoren, die frei von Edelmetallen und nicht toxisch sind. Sie können im Kunststoff verbleiben, ohne seine Eigenschaften zu beeinträchtigen. Dadurch spart man zusätzliche energie- und ressourcenaufwendige Aufarbeitungsschritte. Das CO₂-haltige Polymer Polypropylencarbonat (PPC) kann hervorragend mit Biopolymeren verarbeitet werden, um die Eigenschaften dieser aus Biomasse hergestellten Kunststoffe zu verbessern. Außerdem ist es biologisch abbaubar. Anwendungsbereiche für diese Materialien liegen unter anderem bei Verpackungen und Spritzgussteilen, zum Beispiel für Gehäuse von elektrischen Geräten.

Entwicklung einer Pilotanlage für CO₂-basiertes Polyurethan

Im Rahmen des Forschungsprojekts ​“dream production” unter Koordination von Bayer Material Science gelang es erstmals, CO₂ aus Rauchgasen von Kohlekraftwerken für die chemische Industrie verfügbar zu machen. Die Entwicklung effektiver Katalysatoren ermöglicht die Umsetzung von CO₂ in ein Ausgangsmaterial für den Kunststoff Polyurethan. Auf dieser Grundlage entwickelten die Forscher ein Herstellungsverfahren für CO₂-basiertes Polyurethan. Diese haben einen CO₂-Anteil im zweistelligen Prozentbereich. Da Polyurethanschäume eine breite Anwendung besitzen, zum Beispiel als Schaumstoffmatratze oder Leichtbauteile, kann mit den neuen Polyurethanen CO₂ im Millionen Tonnen-Maßstab langfristig gebunden werden. Eine Pilotanlage ist in Betrieb, eine Demonstrationsanlage kann nun geplant werden, damit ist die großtechnische Umsetzung in Reichweite. ​“Eine erfolgreiche industrielle Umsetzung dieser vielversprechenden Forschungs- und Entwicklungsprojekte zur Verwertung von CO₂ und ungenutzter Windenergie kann dazu beitragen, den langfristig notwendigen Strukturwandel unserer Industriegesellschaft ​“Weg vom Öl” und hin zu einer ​“Grünen Wirtschaft” einzuleiten”, sagte Bundesforschungsministerin Annette Schavan. ​“Chemische Energiespeicherung unter Nutzung von CO₂ kann einen bedeutenden Beitrag zu unserer Energiewende leisten und sowohl zum Klimaschutz als auch zum Schutz fossiler Ressourcen beitragen.”
Weitere Ergebnisse werden am 9./10. April 2013 im Rahmen der 3. BMBF-Statuskonferenz ​“Chemische Prozesse und stoffliche Nutzung von CO2” in Berlin vorgestellt. Darüber hinaus finden Sie Informationen unter: http://​www​.fona​.de/​d​e​/9852 Quelle: BMBF