Die Natur als chemische Fabrik. Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe

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1 Die Natur als chemische Fabrik Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe Thomas Hirth Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, Pfinztal

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Rohstoffe 3. Prozesse 4. Produkte 5. Zusammenfassung und Ausblick

3 Treiberfaktoren für eine nachhaltige Entwicklung von Produkten und Prozessen Bevölkerungswachstum Ressourcenverknappung Rohstoffkosten Treibhauseffekt Ökonomie Ökonomie Ökologie Ökologie Nachhaltigkeit Soziales Soziales

4 Lösungsstrategie? Die Natur als chemische Fabrik Nutzung der Syntheseleistung der Natur 6 C H 2 Sonnenlicht C 6 H "ffensichtlich geht man davon aus, dass alle notwendigen chemischen Methoden grundlegend bekannt sind und dass sie ohne Probleme auf Biomasse angewendet werden können" "Dies ist ein Irrtum" (J. Metzger, Nachr. 4 (2003), 458) "Die Natur ist der Ursprung aller Dinge" Thales, 6. Jhd. v. Chr.

5 Nachhaltige Chemie - Entwicklungsschwerpunkte Industrielle Biotechnologie und stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe Reaktions- und Prozesstechnik Materialforschung Quelle: CEFIC European Platform for Sustainable Chemistry Key chemical areas

6 Rohstoff Prozess Produkt

7 Nachwachsende Rohstoffe sind land- und forstwirtschaftlich erzeugte Produkte, die nicht im Nahrungsbereich verwendet werden. Sie können stofflich oder energetisch genutzt werden. Biomasse ist die Gesamtmasse an organischem Material in einem definierten Ökosystem, Industriepflanzen die biochemisch sind ein- produziert oder mehrjährige worden Pflanzen, ist. die zur gezielten Sie Erzeugung enthält die von Masse Rohstoffen aller Lebewesen, für die Industrie der abgestorbenen außerhalb der rganismen Nahrungskette und die dienen. organischen Stoffwechselprodukte Energiepflanzen sind Pflanzen, die als Energieträger für die Wärme- und Stromgewinnung eingesetzt werden.

8 Von petrochemischen Rohstoffen zu nachwachsenden Rohstoffen NaWaRo

9 Erste Bioraffinerie (1920) für Energie und Chemikalien der Holzverkohlungsindustrie AG 1000 kg Holz ergeben 260 kg Kohle 190 kg Gas 460 kg Flüssigkeiten (400 kg Wasser, 50 kg Essigsäure, 10 kg Methanol u.a.) Quelle: Degussa

10 Produktlinien aus nachwachsenden Rohstoffen Bioenergie (z. B. Holz) 12,3 Mio. t Biokraftstoffe (z. B. Biodiesel, Bioethanol) 1,4 Mio. t Biobasierte Produkte (z. B. Polymere, Tenside) 2 Mio. t

11 Produktlinien aus nachwachsenden Rohstoffen - Ziele der EU und Deutschlands Jahr Bioenergie 7,5 % k. V. 12,5 % 26% (2030) 58% (2050) Biokraftstoffe 1,4 % 2,8 % 5,75% 20% (2020) Biobasierte Produkte 9% 10% k. V. k. V. k. V. = keine Vorgabe Quelle: Current situation and future prospects of EU industry using renewable raw materials, Brussels, 2002

12 Produktlinien aus nachwachsenden Rohstoffen - Ziele der USA Jahr Bioenergie 2.8 % 4 % 5 % 5 % Biokraftstoffe 0.5 % 4 % 10 % 20 % Biobasierte Produkte 5 % 12 % 18 % 25 % Quelle: Visions for Bioenergy & Biobased Products in the United States, Washington D.C., 2002

13 Was ist beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe zu beachten? Ausreichende Verfügbarkeit Konstante Qualität Wettbewerbsfähige Preise Elementare Zusammensetzung Stoffliche Zusammensetzung Molekülstruktur Zielprodukte

14 Hauptbestandteile der Biomasse andere Pflanzenmaterialien 4% Tierreich 1% andere Polysaccharide 26% Cellulose 39% Lignin 30%

15 Landwirtschaftliche Rohstoffe - Anbaufläche Rohstoff Stärke Rübenzucker Rapsöl Sonnenblumenöl Leinöl Faserpflanzen Heilstoffe Energiepflanzen Gesamt stoffliche energetische Nutzung ha ha ha ha ha ha ha ha ha ha ha Quelle: BMELV, BLE Folie 15

16 Entwicklung der landwirtschaftlichen Erträge Quelle: Cargill

17 Nachwachsende Rohstoffe in der chemischen Industrie Pflanzliche Öle t Naphtha 77% Tierische Fette t Chemiestärke t Cellulose t Erdgas Nachwachsende Rohstoffe 10% Zucker t ,4 8,9 8 10% Kohle 6 4 3% 2 Quelle: VCI, FNR, méo

18 Weltweiter Materialverbrauch Kunststoffe 200 Mio. t Stahl 1 Mrd. t Nachwachsende Rohstoffe (incl. Holz) 1,2 Mrd. t

19 Rohstoffe - Mengen und Preise * Ethylen 100 Mio. t/a 1000 /t Propylen 64 Mio. t/a 1000 /t Benzol 23 Mio. t/a 900 /t Cellulose 320 Mio. t/a 500 /t Stärke 55 Mio. t/a 250 /t Zucker 140 Mio. t/a 250 /t Ethanol 32 Mio. t /a 650 /t * Quelle: Nexant

20 Was ist beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe zu beachten? Ausreichende Verfügbarkeit Konstante Qualität Wettbewerbsfähige Preise Elementare Zusammensetzung Stoffliche Zusammensetzung Molekülstruktur Zielprodukte

21 Elementare Zusammensetzung von Rohstoffen Erdöl Öle/Fette Lignocellulose (Holz) C 85-90% 76% 50% H 10-14% 13% 6% 0-1,5% 11% 43%

22 Hauptbestandteile von Lignocellulose Stoffliche Zusammensetzung Gehalt Aufbau Funktion Cellulose 40-55% Hemicellulose 15-35% langkettiges Makromolekül aus Glucoseeinheiten kurzkettiges, verzweigtes Makromolekül aus Pentosen Gerüstsubstanz der Zellwand Gerüstsubstanz der Zellwand Lignin 28-41% (Nadelholz) 18-25% (Laubholz) dreidimensionales Makromolekül aus Methoxyphenylpropaneinheiten Füllsubstanz im Zellgerüst, verursacht die Verholzung

23 Molekülstruktur - Kohlenhydrate Stärke CH 2 H CH 2 H CH 2 H H H H H CH 2 H H H H H 4 6 CH 2 5 H 3 2 CH 2 H 1 H Amylose H H Amylopektin Cellulose Cellobiose-Einheit H H H CH 2 H H 4 CH 2 H 2 H 1 H 4 H 2 CH 2 H 1 n H CH 2 H H H

24 Biobasierte Produkte Polymere Tenside Lösungsmittel Farbstoffe Geruchsstoffe Pharmawirkstoffe Kosmetika Kraftstoffe Schmierstoffe Fasern Rohstoffe Lignin Cellulose Chitin Hemicellulose Zucker Stärke Öle und Fette Terpene

25 Rohstoff Prozess Produkt

26 Vom Rohstoff zum Produkt durch physikalische, biotechnologische, thermo-chemische und chemische Prozesse Erdöl Naphtha Ethylen Propylen Aromaten Destillation Cracken Chemische Transformation Monomere Polymerisation Polymere Nachwachsende Rohstoffe??????? Polymere

27 Analogie in der Rohstoffaufbereitung Erdöl NaWaRo Refining Naphtha, Gas Glukose, Zucker Cracking Ethylen, Propylen, Butadien Ethanol, Milchsäure, 5-HMF

28 Unterschiede in der Weiterverarbeitung Petrochemische Rohstoffe Funktionalisierung Ethylen Ethanol Nachwachsende Rohstoffe Entfunktionalisierung Glukose Ethanol

29 Konversionsprozesse für nachwachsende Rohstoffe Rohstoff biotechnologisch chemisch thermisch Temperatur Wassergehalt

30 biotechnologisch Ethanol Probleme: Raum-Zeit-Ausbeute Produkttoleranz Substrattoleranz Milchsäure, Zitronensäure 1,3-Propandiol Cystein, Lysin Vitamin C, B 2

31 Industrielle biotechnologische Prozesse Ethanol Zitronensäure Polymilchsäure Aminosäuren (L-Lysin, L-Glutaminsäure) Vitamine (B2 und B12) > t/a t/a t/a mehrere t/a mehrere t/a Weniger als 1% der natürlichen Biodiversität wird genutzt

32 chemisch Probleme: unzureichende Verfahren und Katalysatoren Zucker und Polyole aus Kohlenhydraten Glukose, Fructose Sorbit, Mannit Phenolderivate aus Lignin Vanillin Syringaldehyd Furanderivate aus Kohlenhydraten 5-HMF Furfural Alkohole und Säuren aus Ölen Glyzerin, 1.3-Propandiol Ölsäure, Linolsäure

33 thermisch Verbrennung Vergasung Pyrolyse Problem: Wasserstoffunterschuss, Ideal für Fischer-Tropsch- Synthesen ist ein H 2 :C Verhältnis von 2:1 Wärme, C 2, Wasser C, H 2, C 2, CH 4 Gase, Öle, Koks Problem: unselektives Produktspektrum

34 Vom Rohstoff zum Produkt durch physikalische, biotechnologische, thermo-chemische und chemische Prozesse Rohstoff Aufbereitung - Zerkleinerung - Extraktion - Aufschluss Biotechnologische Transformation Chemische Transformation Aufarbeitung Synthesebausteine

35 Kosten für Rohstoffe und Verarbeitung Erdöl Nachwachsende Rohstoffe Relative Kosten Rohstoff Rohstoff Rohstoff Verarbeitung Verarbeitung Verarbeitung Verarbeitung Rohstoff

36 Rohstoff Prozess Produkt

37 Biobasierte Produkte Polymere Tenside Lösungsmittel Farbstoffe Geruchsstoffe Pharmawirkstoffe Kosmetika Kraftstoffe Schmierstoffe Fasern Rohstoffe Lignin Cellulose Chitin Hemicellulose Zucker Stärke Öle und Fette Terpene

38 Marktchancen und Anwendungspotentiale für biobasierte Produkte* Chemische Zwischenprodukte & Polymere Spezialchemikalien (Lösungsmittel, Tenside, Klebstoffe, ) Fasern Schmierstoffe Marktsektor Verbrauch (in t) Verbrauch nachwachsender Rohstoffe (in t) Potential 2010 (in t) Polymere Schmierstoffe Lösungsmittel Tenside * Current Situation and future prospects of EU Industry using Renewable Raw Materials, EU Report, 2002

39 Produkte auf Basis von Kohlenhydraten Zucker, Stärke und Cellulose

40 Plattformchemikalien Als Plattformchemikalien bezeichnet man Chemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen, aus denen sich ein Stammbaum wichtiger Industriechemikalien ableiten lässt. Rohstoff Plattformchemikalie Chemikalie 1 Chemikalie 3 Chemikalie 2

41 Plattformchemikalien aus Erdöl C2: C3 Ethylen Propylen C4 Butadien 1-Buten 2-Buten Isobuten C6, 7, 8 (Aromaten) Benzol Toluol Xylol

42 Plattformchemikalien aus Glukose Glukose C 6 H 12 6 Ethanol C 2 H 6 Milchsäure C 3 H 6 3 Bernsteinsäure C 4 H HMF C 6 H 6 3 Sorbit C 6 H 14 6 C-2 C-3 C-4 C-6 C-1 Bausteine können durch Vergasung über Synthesegas hergestellt werden

43 Herstellung von Ethanol aus nachwachsenden Rohstoffen Fermentation Saccharomyces Cerevisiae Katalysator/ H 3 C CH 2 H o C H 2 C CH 2 Ethanol -H 2 Ethylen Glukose Quelle: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry B.C. Saha, Commodity Chemicals Production by Fermentation,

44 Produkte aus Ethanol Quelle: Degussa

45 Ethanol als Plattform-Chemikalie Ethanol Acetaldehyd Ethylen Butadien andere Ethyl Derivate Essigsäure Polyethylen Butadienkautschuke Ester Essigsäureanhydrid Vinylacetat Vinylchlorid Polyvinylchlorid Polyacrylnitril Ethylenoxid Ethylenglykol Duftstoffe Aromastoffe Alkoholate Katalysatoren Treibstoffzusätze Paraldehyd Polyethylenglykol

46 Herstellung von Ethylen aus nachwachsenden Rohstoffen Fermentation Saccharomyces Cerevisiae Katalysator/ H 3 C CH 2 H o C H 2 C CH 2 Ethanol -H 2 Ethylen Glukose Quelle: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry B.C. Saha, Commodity Chemicals Production by Fermentation,

47 Ethanol als Plattform-Chemikalie Ethanol aus Zucker/Stärke: Bioethanol - Kapazitäten in Deutschland: t/a * in Planung/ Bau: t/a * Ethylen weltweit: 100 Mio. t/a Bioethanol - Produktion in Brasilien: t/a ** Bioethanol - Produktion in USA: t/a *** daraus könnte man ca. 20 Mio. t Ethylen herstellen * Quelle: FNR, 2006 ** Renewable Fuels Association 2005 *** Nexant 2006

48 Lignocellulose Aufschluss / Fraktionierung Cellulose Hemicellulose Lignin

49 Aufschlussverfahren für Lignocellulose Sulfat-Verfahren Sulfit-Verfahren Mineralsäuren Ionische Flüssigkeiten Hydrothermalverfahren rganosolv-verfahren (Ethanol, ) Physikalisch-enzymatische Verfahren

50 Aufschluss Filtration Cellulose Lignin Einengen, Fällen, LM-Entfernung Hemicellulosen

51 Molekülstruktur p-cumarylalkohol Sinapylalkohol 18 H 2 C H 16 H 2 C H C HC CH H 2 C H HC H H 2 CH 1 H 2 C H C HC 3 CH H CH 2 2 C H 15 H 3 C CH 3 H 2 C H HC HC CH CH CH 3 HC 1/2 1/2 CH 3 HC 4 HC H 2 C H CH 3 H 3 C H 2 C H H HC HC H CH (CH 3 ) 1/2 HC C H 2 C H CH 3 HC H HC 10 H 3 C HC H C CH 2 5 HC CH CH H 2 C H CH H 2 C H HC HC H HC H 2 C CH CH H 3 C HC (C 6 H 10 5 ) n H HC CH 11 HC 12 CH 3 CH 3 HC CH 2 6 H H 2 C H 13a 14a H 3 C CH 7 H 2 C H CH 3 H HC H HC 8 HC Lignin H 3 C H CH 3 Coniferylalkohol

52 Eigenschaften verschiedener technischer Lignine Sulfatverfahren Sulfitverfahren rganosolv- Verfahren Lignin-Typ Kraftlignin Ligninsulfonat rganosolv-lignin Molekulargewicht [g/mol] rganischer Schwefel [%] Sulfonatgruppen [%] Löslichkeit Funktionelle Gruppen , ,25-2,5 0 Alkali, organische Lösungsmittel viele phenolische H Wasser, unlöslich in organischen Lösungsmitteln wenig phenolische H Alkali, organische Lösungsmittel viele phenolische H Farbe dunkelbraun hellbraun hellbraun

53 Produkte aus Lignin-Compounds - ARBFRM der Fa. Tecnaro Quelle: Fraunhofer ICT,, Tecnaro

54 Lignin Hydrothermolytische Spaltung Phenylpropane Polymerisation Duroplastische Phenolharze Me H 2 C H CH HC HC H 2 C H CH HC H 2 C H HC (C 5 H 10 5 )nh H 2 C H CH Me HC H 2 C H CH HC H H 2 C H HC HC H 2 C H C HC CH 2 H (CH 3 ) 0, 5 Me H 2 C CH HC CH Me H CH H 2 C CH CH H CH Me HC Me C Me CH HC H Me H 2 C H H 2 C H CH HC Me H HC Me H 2 C H CH H 2 C H HC H HC Me C HC HC H 2 C H HC H HC H Me Me H 2 C H C CH 2 CH HC CH 2 H Me Me H H CH 2 CH CH HC CH 2 H Me Me H CH 2 CH 2 CH 2 CH H 2 H CH CH H Me CH 2 CH 2 H CH 2 H H CH 2 CH 2 H H CH 2 CH 2 CH 2 H CH 2 H H CH 2 CH 2 CH 2 H H H CH 2 Me H Me Quelle: Fraunhofer ICT

55 Herstellung von Milchsäure aus nachwachsenden Rohstoffen H CH Quelle: CargillDow

56 NatureWorks TM PLA Fasern Polymilchsäure Folien H CH Polymerisation Fermentation Schäume Milchsäure Zucker Rohstoffgewinnung * n * Verpackungen Quelle: NatureWorks

57 H H CH 3 Milchsäure Welche Route? H H 2 H 3 C H 2 CH 3 Dilactid n H CH 3 PLA Poly(3,6-dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion) Quelle: CargillDow

58 Anwendungen für PLA

59 Produkte aus Milchsäure Polycarbonate Polyester PLA Polyurethane Epoxide Propylenoxid Propylenglykol Milchsäure Polyacrylsäure TPE Harze Acrylsäure Milchsäureester Chirale Synthesebausteine

60 Hydrothermolyse von Kohlenhydraten Zucker Hydrothermolyse reduktive Hydrothermolyse H H H-CH 2 CH 5-HMF 5-Hydroxymethylfurfural H H DHD 2,5-Dihydroxydioxan H H H H H H H H H Mannit H Sorbit Polyalkohole

61 DHD und Folgeprodukte H xid. Polym. * n * H DHD Glycolid Polyglycolid

62 Glycolid * Polyglycolid n * Polyester T m ( C) Poly(3HB) 178 Poly(3HV) 110 Poly(L-lactid) 185 Poly(glycolid)

63 Hydrothermolyse von Kohlenhydraten Zucker Hydrothermolyse reduktive Hydrothermolyse H H H-CH 2 CH 5-HMF 5-Hydroxymethylfurfural H H DHD 2,5-Dihydroxydioxan H H H H H H H H H Mannit H Sorbit Polyalkohole

64 5-HMF als Plattformchemikalie 5-Hydroxymethylfurfural 2,5-Furandicarbonsäure 2,5-Dihydroxymethylfuran 2,5-Diaminomethylfuran Polyester, Polyamide, Thermoplastische Elastomere Polyester, Polyurethane Polyamide, Polyurethane

65 Herstellung von 2,5-Furandicarbonsäure H H H Quelle: Fraunhofer ICT

66 Vergleich Terephthalsäure und Furan-2,5-Dicarbonsäure HC CH HC CH Terephthalsäure Furan-2,5-dicarbonsäure Schmelzpunkt subl. 300 C 320 C Siedepunkt 392,4 C 419,2 C Flammpunkt 205,3 C 207,3 C pk A 3,49 2,28 Dampfdruck (25 C) 73,5 *10-8 Torr 8,9 *10-8 Torr Lösungsmittel DMF, DMS, Essigsäure Chemisch stabil, nicht toxisch

67 Polymere auf Basis von 2,5-Furandicarbonsäure

68 Hydrothermolyse von Kohlenhydraten Zucker Hydrothermolyse reduktive Hydrothermolyse H H H-CH 2 CH 5-HMF 5-Hydroxymethylfurfural H H DHD 2,5-Dihydroxydioxan H H H H H H H H H Mannit H Sorbit Polyalkohole

69 ( Die Natur als chemische Fabrik 13. Stuttgarter Chemietage, Produktspektrum der Palladium katalysierten Hydrierung von Glukose 4 H 5 6 CH 2 H H 3 2 H H 1 H H H H CH C C C C H H H H CH 2 H H CH 2 H H H α -D-Glucopyranose offenkettige β -D- Glucopyranose (α - D -Glcp ) D -Glucose ( β - D -Glc p ) H + H 2 (Pd) CH 3 C CH 2 H Hydroxyaceton (MHA) H CH 2 C CH 2 H Dihydroxyaceton (DHA) C H 2 H H H 1,6-Anhydroglucose (AHG) 2,5-Dihydroxydioxan (DHD) H CH 2 CH 5-(Hydroxymethyl)furfural (HMF) 1 Furfural H C H H H H CH 2 H C H C H C H C H CH 2 H Sorbit

70 Produktspektrum der Ruthenium katalysierten Hydrierung von Glukose H H 1,4-Butandiol (1,4-BG) H H 1,3-Propandiol (1,3-PG) H H 2,3-Butandiol (2,3-BG) H H H 1,2,3-Propantriol (Glycerin) H H H H H Glukose H H H H H H Sorbit H H H H H H Mannit

71 Produkte der reduktiven Hydrothermolyse Sorbit Sorbit Glukose Polyol-Gemisch

72 Einsatz der Polyalkohole für die Herstellung von PU-Hartschaum Compressive strength _ _ rise for reference #1 and formulation # Comp. stress (kpa) % compression Quelle: Fraunhofer ICT Reference #1 Formulation #3

73 Produkte auf Basis von Fetten und Ölen

74 Natürliche Fette und Öle Quelle: Gruber, Uni Darmstadt

75 Natürliche Fette und Öle Struktur und Zusammensetzung R 1 R 2 H C Triglyzerid 18 R 3 Ölsäure H C 18 Linolsäure H C 18 Linolensäure

76 Fettsäurezusammensetzung von Ölen und Fetten Coconut Palm il ils Cotton Peanut Soybean Canola Corn Linoleic Sunflower (Std) Mid leic Sunflower High leic Sunflower live 0% 20% 40% 60% 80% 100% S aturated Linoleic Linolenic leic

77 Stoffliche Nutzung - Fette/Öle Waschmittel und Reiniger 23% Polymere/ Polymerhilfsmittel 28% Schmierstoffe und -öle 4% Sonstiges 24% andere Tenside 13% Lacke und Farben 8% Quelle: FNR, meó consult Folie 77

78 Natürliche Fette und Öle Struktur und Reaktionen H C R 2 Triglyzerid R 1 18 R 3 Ölsäure Reaktionen an der Carboxylgruppe Reaktionen an der Doppelbindung Reaktionen an der endständigen Methylgruppe Reaktionen des Glyzerins H C 18 Linolsäure H C 18 Linolensäure

79 Natürliche Fette und Öle Spaltung in die Bestandteile Quelle: Behr, Uni Dortmund

80 Reaktionen an der Carboxylgruppe Quelle: Behr, Uni Dortmund

81 Reaktionen an der Doppelbindung Quelle: Behr, Uni Dortmund

82 Reaktion an der Doppelbindung - Epoxydierung

83 Reaktion an der Methylgruppe Biotechnologische ω-xidation Inaktivierung der beta-xidation Verstärkung/ptimierung der ω-xidation Produktionsstämme: Candida sake, Yarrowia lipolytica, Candida tropicalis Quelle: IGB, Stuttgart

84 Glyzerin als Plattformchemikalie Primärprodukt aus der Fettsäurespaltung und Biodieselherstellung Biodiesel - Kapazitäten in Deutschland (2006): 2,35 Mio. t/a * in Planung/im Bau: 2,28 Mio. t/a * USA installierte Kapazität (2006): 1,90 Mio. t/a ** im Bau: 4,60 Mio. t/a ** Verfügbares Glyzerin: t/ a * FNR ** US National BioDiesel Board

85 Glyzerin als Plattform-Chemikalie Glyzerin Acrolein Allylalkohol 1,3-Propandiol Epichlorhydrin Glyzerincarbonat Acrylsäure Glycidol Polytrimethylenterephthalat Polyacrylsäure

86 Herstellung von 1,3 Propandiol aus Glyzerin (Vitamin B12 unabhängig) Glyzerin 3-HPA 1,3 Propandiol Glyzerin- Dehydratase 1,3 PD Dehydrogenase Produktionsstämme: E. coli, Clostridium

87 Polymere auf Basis von 1,3-Propandiol und Terephthalsäure CH CH + H H * C C - H 2 * n

88 Polymere auf Basis von 1,3-Propandiol und 2,5-Furandicarbonsäure HC CH H H m + - H 2 Quelle: Fraunhofer ICT H C C m H n

89 Herstellung von Epichlorhydrin aus Glyzerin H 2 C H C H 2 C H H H Kat./ HCl ΔT H 2 C CH CH 2 Cl Cl H H 2 C CH CH 2 NaH C H 2 C H C H 2 C Cl Glyzerin Cl H Cl Dichlorpropanole Epichlorhydrin Januar 2006 Solvay builds new mt/a Epichlorohydrin plant to meet growing demand with innovative production process * August 09, 2006: Dow announces to build a new 150,000 MTPA world-scale ECH plant in China, which is expected to start up in 2010 ** * Quelle: Solvay ** Quelle: The Dow Chemical Company

90 Zusammenfassung Zunehmender Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen ist festzustellen. Bioethanol, Milchsäure, Fettsäuren und Glyzerin werden bereits im technischen Maßstab eingesetzt. Hoher Funktionalisierungsgrad der nachwachsenden Rohstoffe erfordert neue Synthesestrategien. Für die Herstellung von biobasierten Produkten gibt es verschiedene Wege. Die Syntheseleistung der Natur sollte optimal ausgenutzt werden. Biobasierte Produkte bieten interessante Eigenschaften.

91 Ausblick Integrierte Bioproduktion (Bioraffinerie) Integrierte Bio-Produktion thermo-chemisch Rohstoffe chemisch biotechnologisch Kombinationen Produkte

92 Biomass Feedstocks Starch Hemicellulose Cellulose Lignin il Intermediate Platforms Biobased Syn Gas Sugars Glucose Fructose Xylose Arabinose Lactose Sucrose Starch SG C2 C3 C4 C5 C6 Building Blocks H 2 Methanol Mixed alcohols Higher alcohols xo synthesis products Iso-synthesis products Fischer-Tropsch Liquids Glycerol Lactic Propionic acid Malonic acid Serine 5-Hydroxymethylfurfural 3-Hydroxypropionate Succinic acid Fumaric acid Malic acid Aspartic acid 3-Hydroxybutyrolactone Acetoin Threonine Itaconic acid Furfural Levulinic acid Glutamic acid Xylonic acid Xylitol/Arabitol Citric/Aconitic acid Lysine Gluconic acid Glucaric acid Secondary Chemicals Ammonia synthesis, hydrogenation products Methyl esters, Formaldehyde, Acetic acid, Dimethylether, Dimethylcarbonate, Methyl amines, MTBE, olefins, gasoline Linear and branched 1º alcohols, and mixed higher alcohols lefin hydroformylation products: aldehydes, alcohols, acids Iso-C4 molecules, isobutene and its derivatives α-olefins, gasoline, waxes, diesel Fermentation products, Propylene glycol, malonic, 1,3-PD, diacids, propyl alcohol, dialdehyde, epoxides Acrylates, L-Propylene glycol, Dioxanes, Polyesters, Lactide Acrylates, Acrylamides, Esters, 1,3-Propanediol, Malonic acid and others Reagent, propionol, acrylate Pharma. Intermediates 2-amino-1,3-PD, 2-aminomalonic, (amino-3hp) THF, 1,4-Butanediol, γ-butyrolactone, pyrrolidones, esters, diamines, 4,4-Bionelle, hydroxybutyric acid Unsaturated succinate derivatives (see above) Hydroxy succinate derivatives (above), hydroxybutyrolactone Amino succinate derivatives (see above) Hydroxybutyrates, epoxy-γ-butyrolactone, butenoic acid Butanediols, butenols Diols, ketone derivatives, indeterminant Methyl succinate derivatives (see above), unsaturated esters Many furan derivatives δ-aminolevulinate, 2-Methyl THF, 1,4-diols, esters, succinate Amino diols, glutaric acid,substituted pyrrolidones Lactones, esters EG, PG, glycerol, lactate, hydroxy furans, sugar acids 1,5-pentanediol, itaconic derivatives, pyrrolidones, esters Numerous furan derivatives, succinate, esters, levulinic acid Caprolactam, diamino alcohols, 1,5-diaminopentane Intermediates Fuel oxygenates Reagents-building unit Antifreeze and deicers Solvents Green solvents Specialty chemical intermediate Emulsifiers Chelating agents Amines Plasticizers Polyvinyl acetate ph control agents Resins, crosslinkers Polyvinyl alcohol Polyacrylates Polyacrylamides Polyethers Polypyrrolidones Phthalate polyesters PEIT polymer Polyhydroxypolyesters Nylons (polyamides) Polyhydroxypolyamides Bisphenol A replacement Polycarbonates Polyurethanes Products/Uses Industrial Corrosion inhibitors, dust control, boiler water treatment, gas purification, emission abatement, specialty lubricants, hoses, seals Transportation Fuels, oxygenates, anti-freeze, wiper fluids molded plastics, car seats, belts hoses, bumpers, corrosion inhibitors Textiles Carpets, Fibers, fabrics, fabric coatings, foam cushions, upholstery, drapes, lycra, spandex Safe Food Supply Food packaging, preservatives, fertilizers, pesticides, beverage bottles, appliances, beverage can coatings, vitamins Environment Water chemicals, flocculants, chelators, cleaners and detergents Communication Molded plastics, computer casings, optical fiber coatings, liquid crystal displays, pens, pencils, inks, dyes, paper products Housing Paints, resins, siding, insulation, cements, coatings, varnishes, flame retardents, adhesives, carpeting Recreation Footgear, protective equipment, camera and film, bicycle parts & tires, wet suits, tapes-cd s-dvd s, golf equipment, camping gear, boats Protein Ar Sorbitol Direct Polymers & gums Gallic acid Ferulic acid Gluconolactones, esters Dilactones, monolactones, other products Glycols (EG, PG), glycerol, lactate, isosorbide Phenolics, food additives Phenol-formaldehyde resins polyhydroxyalkonoates polysaccharides poyaminoacids Health and Hygiene Plastic eyeglasses, cosmetics, detergents, pharmaceuticals, suntan lotion, medical-dental products, disinfectants, aspirin

93 Vielen Dank für die Unterstützung der Arbeiten BMBF und Projektträger DLR und PTJ Deutsche Bundesstiftung Umwelt BMLEV und Projektträger FNR Universitäre Projektpartner Industrielle Projektpartner Fraunhofer-Gesellschaft Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit