Nachhaltige Nutzung nachwachsender Rohstoffe - Das Chemisch-Biotechnologische Prozesszentrum - CBP in Leuna

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1 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 , Hamburg

2 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.

3 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 3

4 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

5 Die weltweite Ölnachfrage steigt an und wird auch in Zukunft wachsen Entwicklung der Rohölnachfrage weltweit Mio. bbl/a Emerging Countries Restl. Welt Rohöl-Förderkosten ( ) 70 US$ / bbl Rohöläquivalent ,79 32, ,46 14, , Die wachsende Rohölnachfrage erzwingt die beschleunigte Erschließung und Ausbeutung von Ölfeldern mit höheren Förderkosten z.b. Tiefsee 0 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 5

6 Stade - Hafen - Kaverne Die gesamte mitteldeutsche Chemieindustrie ist direkt und in hohem Maße von Rohstoff- und Energieimporten abhängig Pipeline Rostock- Böhlen Naphtha LPG Böhlen - Cracker - Anilin Ethylen / Propylen Schkopau - Polymere - EDC, PVC - Ethylen Derivate Ethylen Propylen Butadien Aromaten Ethylen Raffinerie- Produkte Leuna - Raffinerie - Polymere - Basischemikalien - Katalysatoren - Leime, Amine... Teutschenthal - Kaverne Schkopau: < 100% (Crackerprodukte) Wasserstoff, Gase Böhlen: 100% (Naphtha = Erdölderivate) Ammoniak Harnstoff Piesteritz - Harnstoff, Ammoniak, Salpetersäure Gase TOTAL-Raffinerie: Alternativen? 100% (Erdöl) Optionen? Litvinov - Cracker - Petrochemikalien Piesteritz: 100% (Erdgas) Pipeline Rostock-Schwedt Bitterfeld / Wolfen Bitterfeld / Wolfen - Chlor - Chlor - Anorganische Chemikalien - Anorganische Chemikalien - Quarzglas - Quarzglas Wasserstoff Gase Chlor Raffinerie- Produkte Hartmannsdorf - Tankfarm Leuna: Strom- und Dampfversorgung, stoffliche Nutzung 100% (Erdgas) Rohöl Erdgas "Druschba"- Rohöl Pipeline < 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 6

7 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 7

8 Die komplexe Struktur von Lignocellulose-haltigen Rohstoffen 40-55% Lignine 28-41% (Nadelholz) 18-25% (Laubholz) Lignine Cellulose Hemicellulosen 15-35% Quellen: O. Faix, BFH Hamburg, Hirth/IGB 8

9 Nachwachsende Rohstoffe stellen die einzige mittelfristig zugängliche Alternative zu fossilen Rohstoffen für die stoffliche Nutzung in der chemischen Industrie dar 9

10 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: InfraLeuna GmbH, FhG 10

11 Eine kaskadenartige und mehrfache Nutzung der Biomasse ermöglicht eine Maximierung der Wertschöpfung Kaskadennutzung Mehrfachnutzung Biomasse Nahrung & Futtermittel Chemie Energie Dünger Quellen: JSW Consulting, VCI 11

12 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 12

13 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 Menschen hat einen Gesamtumsatz von 7,5 Mrd. hat einen Umschlag von ca. 12 Mio. t/a 13

14 Die Region ist hervorragend aufgestellt die Herausforderungen bei der industriellen Nutzung nachwachsender Rohstoffe zu meistern Energetische Nutzung BioKraftstoffe, -Energie Wertschöpfung Saatgut Anbau Ernte Transport Aufschluss Konversion Trennung Reinigung Stoffliche Umwandlung: Chemisch und/oder Biotechnologisch Downstream Processing Anbau Land- und wasserbasiert Rohstoff Aufbereitung Konversion & Aufarbeitung Verarbeitung Anwendungstechnische Untersuchungen Produkte Bereitstellung Optimierung Futter Nahrung Universitäten, Forschungseinrichtungen Saatgutzüchter Landwirtschaftl. Betriebe Aktivitäten Leuna Universitäten, Forschungseinrichtungen Regionales Know-how Verarbeitende Industrie 14

15 Bei der Umsetzung der Aktivitäten werden alle interessierten Partner einbezogen Universitäten, Institute, Forschung Biotech Cluster, Netzwerke Land Sachsen- Anhalt und Bund Fraunhofer- Gesellschaft Standort Leuna Biotech Cluster, Netzwerke Inkubatoren Know-how Scouting Arbeitsplätze Aktivitäten Leuna Infrastruktur Finanzierung Technologie Know-how Infrastruktur, Medien Engineering Maschinenbau Start-up Initiativen Biotech KMU Landwirtschaft und Rohstoffe Unternehmen nachwachsende Rohstoffe Chemische Industrie 15

16 Mit dem in Leuna von der Fraunhofer-Gesellschaft geplanten Prozesszentrum stehen Anlagen zur Entwicklung von Prozessen und ihrer Skalierung bis zum Industriemaßstab zur Verfügung Produktaufarbeitung und Prozessintegration Biotransformation und Bioprozessentwicklung Bioprozessund Bioproduktbewertung Chemisch-Biotechnologisches Prozesszentrum - CBP Bioproduktherstellung und -charakterisierung Industrielle Biotechnologie in der FhG Rohstoff auswahl und - aufbereitung Prozesssimulation und - automatisierung Enzym- Screening, Design & Optimierung Bild: Linde-KCA Labor Labor II Technikum Scale-up und Prozess Entwicklung Standort Leuna 16

17 Am CBP werden mehrere bundesweite Verbundprojekte zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe und zur Entwicklung innovativer Verfahren durchgeführt Am CBP geplante Projekte Ole und Fette* Lignocellulose Nutzung Bio-Olefine & Produkte Technische Enzyme* Mikroalgen Zukünftige Projekte Förderung durch Bundesministerien BMELV BMBF BMU Bund, andere Projekte mit ca. 40 Partnern (Uni, Forschungsinstitute, KMU, Industrie, andere) * Projekte in 2009 angelaufen 17

18 Am CBP werden mehrere bundesweite Verbundprojekte zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe und zur Entwicklung innovativer Verfahren durchgeführt Am CBP geplante Projekte Ole und Fette* Lignocellulose Nutzung Bio-Olefine & Produkte Technische Enzyme* Mikroalgen Zukünftige Projekte Förderung durch Bundesministerien BMELV BMBF BMU Bund, andere Projekte mit ca. 40 Partnern (Uni, Forschungsinstitute, KMU, Industrie, andere) * Projekte in 2009 angelaufen 19

19 Mit dem CBP können viele positive und nachhaltige Effekte erreicht werden 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 CO 2 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

20 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 21

21 Vision: Leuna entwickelt sich zum bio- und petrochemisch integrierten Standort Rohöl Erdgas Ammoniak Ethylen Leime DMF Katalysatoren NaHS MMA Formaldehyd Amine Schmierstoffe Tenside Harze Feinchemikalien Kunststoffdispersionen H 2 S Methanol CO Bioöle - Tenside Bioöle Ethanol Butanol etc. Glycerin Epichlorhydrin Komplexe Chemikalien Raffinerie Methanol Methanol Bio- Raffinerie H 2 H 2 S 8 H 2 Wasserstoffperoxid Propylen O 2 N 2 O 2 CO 2 H 2 Aromaten Enzyme Proteine etc. Luftzerleger Caprolactam, Polyamid 6, Spinnerei Bioethylen Neuansiedler PA- Compounds PA 6 / PA 6.6 CO 2 EBS LDPE Zucker, Stärke, Cellulose, Hemicellulose, Lignin, Algen, Öle PE-Wachse Steamreformer EVA- Co-polymere, Additive Kraftwerke I N F R A S T R U K T U R 22

22 Kontaktinformationen Dr. Markus Wolperdinger Leiter Industrielle Biotechnologie InfraLeuna GmbH Tel: +49 (0) 3461 / Fax: +49 (0) 3461 / m.wolperdinger@infraleuna.de Prof. Dr. Thomas Hirth Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB Stuttgart Tel: +49 (0) FAX: +49 (0) thomas.hirth@igb.fraunhofer.de 23