28 Juni 2013

nova-Buchbesprechung: “Stoff-Wechsel – Auf dem Weg zu einer solaren Chemie für das 21. Jahrhundert”

Umweltpreisträger Hermann Fischers Vision einer ökologisch verantwortungsbewussten Welt

Stoff-Wechsel.jpgAutor Hermann Fischer, promovierter Chemiker und Gründer der Firma Auro Naturfarben, langjähriges Mitglied des Arbeitskreises Sanfte Chemie, erhielt den Umweltpreis von “Friends of the Earth” und wurde vom WWF und dem Wirtschaftsmagazin Capital bereits 1992 zum Ökomanager des Jahres gewählt. Fischer hat ein spannendes und anregendes Buch zum Stoff- und Prozesswechsel der Chemischen Industrie geschrieben. Basiert die heutige Chemische Industrie vor allem auf Erdöl und harten, energie-intensiven Prozessen, soll die zukünftige Chemische Industrie vor allem solar getrieben sein: eine Vielzahl von nachwachsenden Rohstoffen soll mit schonenden Verfahren unter möglichst umfassender Nutzung der Syntheseleistung der Natur in Produkte für die moderne Gesellschaft verwandelt werden.

Fischer beschreibt zunächst die Entstehung und Entwicklung der heutigen Chemischen Industrie, die mit der Nutzung von Steinkohlenteer, dem Nebenprodukt der Verkokung von Steinkohle, startete, um dann später nahezu vollkommen abhängig vom Erdöl zu werden. Erstes Massenprodukt dieser neuen Chemie waren verschiedene Anilin- bzw. Teerfarben: “Die neuen, leuchtenden Teerfarben veränderten in kürzester Zeit die Mode (auf der Weltausstellung 1862 in London waren mit Mauvein gefärbte Kleider eine Sensation) wie auch die gesamte Industrielandschaft.”

Fischer beschreibt den klassischen, elementaren Dreischritt der Petrochemie wie folgt: “In der ersten Stufe liegt das gereinigte Rohöl vor, dessen zahlreichen Bestandteile zwar stark variieren, aber schwerpunktmäßig aus Kohlenwasserstoffen mittlerer Größe bestehen (etwa 10 bis 12 Kohlenstoffatome pro Molekül wäre ein repräsentativer Durchschnitt). In der zweiten Stufe entsteht durch die genannten technischen Ab- und Umbauprozesse eine relativ kleine Anzahl von Grundchemikalien mit geringer Molekülgröße (etwa 2 bis 8 Kohlenstoffatome pro Molekül). In einer dritten Stufe, der eigentlichen chemischen Synthese zu den vermarktbaren Zielmolekülen, werden diese kleinen Moleküle dann zu neuen Stoffen zusammengefügt, die über mittlere bis hohe Molekülgrößen verfügen.”

Dieser Dreischritt der Petrochemie weist mehrere systemimmanente Nachteile auf:

  • Hoher Energieaufwand: Die Aufeinanderfolge von abbauenden und dann wieder aufbauenden Reaktionsschritten ist unter energetischen Gesichtspunkten nicht ideal.
  • Einsatz problematischer, hochreaktiver Chemikalien: “Bei der genannten Umwandlung der reaktionsträgen Bestandteile des Erdöls in verkäufliche Erdölprodukte werden unvermeidlich hochreaktive Chemikalien wie Chlor (oder reaktive Chlorverbindungen wie Sulfurylchlorid oder Phosgen), Ethylenoxid, Ozon, Schwefeltrioxid oder Nitriersäure (Gemisch aus konzentrierter Salpeter- und Schwefelsäure) eingesetzt.” Die genannten Chemikalien haben eine starke Giftwirkung auf lebende Organismen und stellen ein erhebliches Störfallrisiko dar.
  • Ebenso unvermeidlich ist die Entstehung großer Mengen an unerwünschten Neben- und Abfallprodukten, die “beim Weg vom primären Rohstoff zum finalen Endprodukt über eine Kette einzelner, hintereinander-geschalteter chemischer Reaktionen” anfallen.
  • Und schließlich begünstigen die enormen Skaleneffekte bei der Produktion die Entstehung großindustrieller Komplexe.

All diese Nachteile möchte Fischer mit der solaren Chemie, die einzig und allein auf der natürlichen Fotosynthese der Pflanzen und ihren tausenden, sehr unterschiedlichen und spezifischen Biomolekülen beruht, vermeiden:
Bei der solaren Chemie haben wir es “mit einer geradezu atemberaubenden Vielfalt zu tun. Jede Pflanzenart synthetisiert ihr eigenes, ganz spezifisches Spektrum an Pflanzenstoffen, und jedes Pflanzenteil wiederum hat sich auf die Ausbildung ganz bestimmter Inhaltsstoffe spezialisiert. Aus diesem Reichtum kann die solare Chemie auswählen, um die vorhandenen Stoffe entweder direkt zu extrahieren und unverändert zu nutzen (“Native Grundstoffe”), oder indem sie die Synthesevorleistung der Pflanze nutzt, um in möglichst schonenden Verfahren auf die extrahierten Pflanzenstoffe chemische Weiterentwicklungen aufzusetzen (“Modifizierte Grundstoffe”).” So kann abfallarm, immanent störfallsicher, energiesparend und mit möglichst geringer Modifikation der natürlich entstandenen molekularen Strukturen die gesamte Palette an erforderlichen chemisch-technischen Alltagsprodukten bereitgestellt werden, die sich an ihrem Lebensende wieder nahtlos in den natürlichen Kreislauf einfügen.

Die detaillierte Beschreibung einer beeindruckenden Vielzahl von Pflanzenstoffen, ihrer spezifischen Funktionalitäten und der Möglichkeiten ihrer chemisch-technischen Nutzung ist eines der Highlights des Buches, das jeden Leser, gerade auch den Chemiker, zum Staunen bringt. Dass dies nicht nur Theorie ist, belegen dann zahlreiche Beispiele von Produkten, die auf diese Weise in den letzten 20 Jahren entwickelt und auf den Markt gebracht wurden, vor allem in den Bereichen Farben, Lacke und Beschichtungen, Wasch- und Reinigungsmittel, Kosmetika und Pharmazeutika, Bau- und Dämmstoffe, aber auch im Sektor der Kunststoffe und Verbundwerkstoffe, wie z.B. in der Automobilindustrie.

Ob es möglich sein wird, mit der solaren Chemie und den sanften Prozessen bis zum Jahr 2050 tatsächlich 30% der gesamten chemischen Produktion bereit zu stellen und langfristig sogar die gesamte Chemie zu übernehmen, bleibt eine gewagte Prognose.

Hier zeigt sich indes eine Schwachstelle des Buches: Auch die heutige Petrochemie weiß, dass ihre Erdölbasis nicht ewig bestehen wird und beschäftigt sich ihrerseits mit dem verstärkten Einsatz von Biomasse – aber nicht im Sinne der vom Autor beschriebenen Solaren Chemie. Bioraffinerien und Drop-in-Lösungen setzen auf standardisierte Biomasse statt Vielfalt und versuchen, die bestehende großindustrielle Struktur sowie ihre Prozesse möglichst zu erhalten (z.B. Synthesegas aus Biomasse, Bio-PET). Dies wird vom Autor aber nur kurz gestreift, der Begriff der Industriellen Biotechnologie nicht einmal erwähnt. Dabei wäre sogar eine Extraktion wertvoller Pflanzenstoffe vor Nutzung der Kohlenhydrate in einem integrierten Prozess möglich.
Der bereits stattfindende Umstieg vom Erdöl auf Erdgas, der die gesamte Struktur der Chemischen Industrie verändern wird, findet keine Erwähnung und schließlich wird die künstliche Fotosynthese als “absurd” tituliert, obwohl sie sich auch nahtlos in eine Solare Chemie integrieren könnte. So zeigt leider auch Fischer Scheuklappen, wie er sie zu Recht der petrochemischen Chemie vorhält, und verpasst damit die Chance einer wirklich umfassenden Diskussion um eine neue, nachhaltige und ökologische Chemie der Zukunft, die wieder in die “Mitte der Gesellschaft zurückkehrt”.

Dennoch kann das Buch für alle (Bio-)Chemiker, die sich beruflich mit Bioraffinerien und Industrieller Biotechnologie beschäftigen, ein echter Eye-Opener dahingehend sein, was Chemie auf Basis von Pflanzenstoffen tatsächlich über das Bekannte hinaus bedeuten kann, und welche Herausforderungen und Chancen Pflanzenstoffe für eine andere Art der Chemie darstellen.

Dank an einen der Pioniere der Solaren Chemie, Hermann Fischer.

  • Bibliographische Daten:


Autor: Hermann Fischer
Titel: Stoff-Wechsel – Auf dem Weg zu einer solaren Chemie für das 21. Jahrhundert
ISBN: ISBN 978-3-88897-784-8
Copyright: Verlag Antje Kunstmann, München 2012

Source: Verlag Antje Kunstmann, "Stoff-Wechsel - Auf dem Weg zu einer solaren Chemie für das 21. Jahrhundert", 2013-06-28.

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