#2: Wie aus Sonnenblumen Waschmittel wird

Wussten Sie, dass Erd��l nicht nur im Benzin steckt, sondern auch in ganz vielen Alltagsprodukten wie Bodylotion, Reinigungs- und Waschmitteln und sogar im Kaugummi? Auch viele Kleidungsst��cke werden auf Erd��lbasis hergestellt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Forschungsbereich der Bio��konomie wollen das ��ndern. Sie suchen nach alternativen, biobasierten Rohstoffen. Einer davon ist Prof. Kai Sundmacher. An der Fakult��t f��r Verfahrens- und Systemtechnik der Universit��t Magdeburg erforscht er, wie aus Sonnenblumen Waschmittel wird. In der zweiten Folge von "Wissen, wann du willst" erkl��rt er, wie das funktioniert und vor welchen Herausforderungen die Bio��konomie steht.

Heute zu Gast

In der zweiten Folge ist Prof. Kai Sundmacher vom Institut f��r Verfahrenstechnik der Universit��t Magdeburg zu Gast. Er untersucht Produktionsverfahren in der chemischen Industrie und erforscht unter anderem Alternativen zu fossilen Rohstoffen wie Erd��l, die in der Produktion von allt��glichen Produkten wie Waschmittel oder D��nger eingesetzt werden. Wer ebenfalls in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, der Geb��udetechnik oder Medizinischen Technik sowie im Maschinen- oder Anlagebau arbeiten oder forschen m��chte, legt mit dem Studiengang Verfahrenstechnik an der Uni Magdeburg den ersten grundlegenden Baustein f��r die Karriere.

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Der Podcast zum Nachlesen

Introstimme: Wissen, wann du willst. Der Podcast zur Forschung an der Uni Magdeburg.

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Ina G��tze: In unserer 2. Folge von ���Wissen, wann du willst��� widmen wir uns, passend zum Thema des Wissenschaftsjahres, dem Thema Bio��konomie, denn nicht nur im Benzin, sondern auch in ganz vielen Alltagsprodukten steckt tats��chlich Erd��l: in Reinigungsmittel, in Bodylotion, in Kleidung und, man glaubt es kaum, im Kaugummi kann auch Erd��l enthalten sein. Die Bio��konomie will fossile Rohstoffe durch nachwachsende ersetzen und genau daran forscht auch Professor Kai Sundmacher vom Institut f��r Verfahrenstechnik. Er ist heute unser Gast und wird uns mal erkl��ren, wie denn aus Sonnenblumen Waschmittel wird. Herzlich willkommen!

Prof. Dr. Kai Sundmacher: Hallo!

G��tze: Woran forschen Sie denn genau? Also an welchen Produkten und Verfahren?

Sundmacher: Wir untersuchen komplexe Produktionsverfahren f��r Zwischen- und Endprodukte der chemischen Industrie. Dazu geh��ren auch Energietr��ger, wie Wasserstoff, Methanol, fl��ssige Kraftstoffe, aber eben auch Produkte des Alltagslebens, wie zum Beispiel Waschmittel, Kunststoffe, D��ngemittel. Die meisten Produktionsverfahren verwenden heute fossile Rohstoffe, vor allem Erdgas und Erd��l. Auf lange Sicht ist das nat��rlich problematisch, weil diese Rohstoffe nicht mehr unbegrenzt in der Zukunft zur Verf��gung stehen werden. Au��erdem wird Erdgas auch dazu verwendet, um unsere Produktionsverfahren zu beheizen. Dabei wird Kohlendioxid freigesetzt, ein klimasch��dliches Gas. Daher forschen wir an Verfahren, welche anstelle von fossilen Rohstoffen erneuerbare Rohstoffe und erneuerbare Energietr��ger einsetzen.

G��tze: In unglaublich vielen Produkten steckt Erd��l drin. Wie l��sst es sich denn durch biobasierte Rohstoffe ersetzen oder durch welche?

Sundmacher: Biobasierte Rohstoffe ��� was bedeutet das? Das sind nachwachsende Rohstoffe, also Pflanzen, die auf dem Acker angebaut werden, diese k��nnen verwertet werden in allen Teilen bis hin zur Frucht. Oder auch H��lzer, die wir im Wald ernten, k��nnten ganz oder teilweise in Zukunft diejenigen Rohstoffe liefern, aus denen wir dann alle wesentlichen chemischen Produkte erzeugen. Hinzu kommen Abfallstoffe, wie zum Beispiel Stroh aus der Landwirtschaft oder Baumrinden oder auch Nahrungsmittelabf��lle, auch die k��nnten verwendet werden. Und nicht zu vergessen, das Kohlendioxid aus der Atmosph��re kann selbst auch Kohlenstoffquelle f��r die chemische Produktion der Zukunft sein. Hier gibt es auch schon eine ganze Reihe von Beispielen aus der Industrie, die zeigen, in welche Richtung wir uns entwickeln k��nnen. Zum Beispiel k��nnten wir PET f��r Trinkflaschen, was heute aus Roh��l hergestellt wird, ersetzen durch ein anderes Polymer, durch das sogenannte PEF. Das ist ein Polymer, das kann man herstellen aus Lignocellulose und Lignocellulose kann man aus H��lzern gewinnen. Wenn man diese Lignocellulose entsprechend chemisch bearbeitet, kann man ��ber viele Zwischenstufen daraus einen Kunststoff gewinnen, der dann in der Trinkflasche landet. Ein anderes Beispiel sind bioabbaubare Kunststoffe aus Milchs��ure. Das hei��t, ich kann aus der Milchs��ure ein Verpackungsmaterial herstellen, das ��hnliche Eigenschaften hat wie Verpackungsmaterialien, die heute auf Erd��lbasis gewonnen werden.

G��tze: Ich selber benutze sehr, sehr gerne Produkte von FROSCH ��� an dieser Stelle eine kleine unbezahlte Werbung. Diese Produkte sind, laut Werbeslogan, Bioqualit��t seit 1986 und sogar die Verpackung ist wohl zu 100 Prozent recycelt. Wenn das schon so lange m��glich ist, warum gibt es nicht mehr biobasierte oder Bioprodukte im Supermarkt zu kaufen?

Sundmacher: Die FROSCH-Reinigungsprodukte waren tats��chlich zum Markteinf��hrungszeitpunkt die ersten phosphatfreien Reinigungsmittel auf dem deutschen Markt. Diese Produkte sind EMAS-zertifiziert. EMAS steht f��r ���Eco-Management and Audit Scheme���, auch bekannt als EU-��ko-Audit. Das wurde von der Europ��ischen Union entwickelt und ist ein Gemeinschaftssystem aus Umweltmanagement, Umweltbetriebspr��fung f��r Organisationen, die ihre Umweltleistung verbessern wollen. Wie andere Marken, verwendet auch die Firma FROSCH nach wie vor Tenside, die aus Palmkern��l hergestellt werden. Zu dessen Gewinnung kann es auch vorkommen, dass tropischer Regenwald abgeholzt wird, was zu schwerwiegenden ��kologischen Problemen f��hren kann. Deswegen forscht, nach meiner Kenntnis, die Firma FROSCH jetzt daran, zuk��nftig ��l aus Europa zu verwenden, aus nachwachsenden ��lpflanzen, anstelle von Palmkern��l. Seit 2013 enthalten Produkte von FROSCH nach eigener Aussage zwischen zehn und hundert Prozent Tenside aus europ��ischem Anbau.

G��tze: Und warum gibt es so wenige Bioprodukte?

Sundmacher: Deren Zahl nimmt ja deutlich zu, aber es k��nnte nat��rlich mehr sein. Ein wesentlicher Faktor sind Rohstoffkosten, die noch h��her sind als bei der Verwendung von Roh��l.

G��tze: Also eine Kostenfrage. Ich muss gestehen: Im Chemieunterricht ��� ich war nicht die Beste. Ich habe es nicht so sehr verstanden, eher ein Wunder, dass ich keine Augenbraue verloren habe. Darum kann ich mir nicht vorstellen oder nur schwer vorstellen, wie man dann aus Sonnenblumen Waschmittel herstellen kann. Wie funktioniert das?

Sundmacher: Das Entscheidende am Waschmittel sind die darin enthaltenen Tenside. Das sind Molek��le, die haben ein Ende, das wasserfreundlich ist und ein anderes Ende, das fettfreundlich ist. Auf diese Weise kann man zum Beispiel einen verschmutzten, ver��lten Teller mit Hilfe des Tensids mit Wasser einfach s��ubern, weil dieses Tensid ein Vermittler ist zwischen Wasser und ��l. Tenside lassen sich aus Pflanzen��len herstellen, also auch aus dem ��l, das in den Kernen von Sonnenblumen enthalten ist oder auch Raps-Saaten oder Oliven. Chemisch betrachtet ist Sonnenblumen��l ein Glycerin-Ester von verschiedenen Fetts��uren. Fetts��ure im Falle der Sonnenblume ist die Linols��ure. Sie hat 18 Kohlenstoffatome. Man muss sich das vorstellen wie ein langkettiges Molek��l mit einer funktionellen Gruppe, die dieses Molek��l zu einer S��ure macht. Wenn man jetzt Natriumhydoxid zum Beispiel zu diesem ��l hinzugeben w��rde, dann w��rde man diesen Ester spalten und es w��rde eine Natriumseife entstehen. Diese Natriumseife ist im Prinzip das Tensid aus der Linols��ure. So k��nnte man sich also aus Sonnenblumen��l, wenn man Natriumhydroxid zu Hause h��tte, ruckzuck selbst Seife herstellen. Man kann aber die ��ls��ure auch in k��rzere Molek��le spalten, mit chemischen Reaktionstricks ist das m��glich. Dann erh��lt man k��rzerkettige Tenside und zus��tzlich auch noch andere Molek��le, die sehr wertvoll sind, sogenannte Olefine. Das sind Kohlenstoffketten, wo eine Doppelbindung enthalten ist. An dieser Doppelbindung kann man andere Manipulationen vornehmen, chemisch, so dass diese Molek��le pl��tzlich andere Eigenschaften bekommen, zum Beispiel Ausgangsprodukte sein k��nnen f��r Polymere, also f��r Kunststoffe oder auch f��r Parfums.

G��tze: Oh, Sonnenblumenparfum. Auch sch��n. Reinigt das Waschmittel dann genauso gut wie herk��mmliches?

Sundmacher: Im Prinzip ja, denn die Reinigungswirkung h��ngt nicht davon ab, ob ein Molek��l aus Atomen gebaut wurde, die aus der Erd��lbasis stammen oder Biomasse, sondern die Reinigungswirkung h��ngt ab von der sogenannten hydrophoben Balance des Molek��ls und von der Gr����e des Molek��ls, weil die Gr����e bestimmt, wie schnell das Molek��l an die Grenzfl��che zwischen ��l und Wasser sich herbewegen kann, und das bestimmt dann die Waschwirkung.

G��tze: Grunds��tzlich chemische Produkte mit Biolabel klingt f��r den Konsumenten vielleicht erst einmal widerspr��chlich. Vertrauen Konsumenten trotzdem dem Biolabel?

Sundmacher: Bioprodukte sind auf jeden Fall im Kommen und Chemie und Biologie sind nicht im Widerspruch zueinander. Es geht darum, eine chemische Industrie zu etablieren, die nachhaltig produziert, langfristig. Daf��r wird Biomasse eingesetzt, um den Kohlenstoffkreislauf zu schlie��en. Der einzige Haken ist eben, manche Bioprodukte kosten zurzeit noch mehr, weil die Rohstoffe auch teurer sind.

G��tze: Hat Ihre Forschung auch Auswirkung auf Ihr Privatleben, nutzen Sie zum Beispiel Waschkastanien anstatt des herk��mmlichen Waschmittels?

Sundmacher: Bei Waschmittel ist mir und meiner Familie insbesondere die Hautvertr��glichkeit wichtig. F��r uns ist das Label ���sensitiv��� ganz besonders wichtig, aber nat��rlich beim Kauf von Produkten achte ich schon darauf, dass ich davon ausgehen kann, dass diese nachhaltig hergestellt worden sind.

G��tze: In Ihrer Forschung geht es ja neben den eigentlichen Rohstoffen auch um die Herstellungsverfahren. Was kann da noch verbessert werden?

Sundmacher: Jede Menge, insbesondere die Energieeffizienz. Viele chemische Produktionsverfahren setzen an bestimmten Stellen W��rme frei. Diese W��rme kann man an anderer Stelle nutzen. Au��erdem ist es so, dass wir jede Menge Hilfsstoffe verwenden. Katalysatoren, die kennt man aus dem Auto, Autoabgaskatalysator ��� das hat man schon mal geh��rt ���, um Abgase zu reinigen, aber solche Katalysatoren werden in der Chemie an vielen, vielen Stellen verwendet, um Reaktionen zu beschleunigen oder in gew��nschter Weise hin zu den Zielprodukten zu lenken. Diese kann man noch verbessern. Und man muss sie auch oftmals zur��ckgewinnen, weil diese Katalysatoren selbst teuer sind. Dazu setzt man L��sungsmittelsysteme ein. Diese L��sungsmittel m��ssen auch nach der REACH-Vorgabe der EU jetzt selbst umweltvertr��glich sein. Deswegen besch��ftigen wir uns unter anderem damit, giftige L��sungsmittelkomponenten in der chemischen Produktion durch sogenannte ���gr��ne��� L��sungsmittel zu ersetzen, also solche, die umweltvertr��glich sind, die nicht gesundheitssch��dlich sind und die man auch sicher in chemischen Verfahren einsetzen kann. Au��erdem geht es darum, nat��rlich die Produktion profitabler, noch profitabler, zu machen, durch Erh��hung der Flexibilit��t in Bezug auf Toleranz gegen Schwankungen, die auch immer wieder auftreten. Gerade, wenn man biologische Rohstoffe einsetzt, muss man mit Schwankungen der Rohstoffqualit��t rechnen. Die gilt es durch eine intelligente Prozessf��hrung zu kompensieren.

G��tze: Gibt es denn Produkte oder Verfahren, in denen Erd��l schon ersetzt werden konnte? Wie hat sich deren ��kobilanz verbessert?

Sundmacher: Es gibt sehr interessante tolle Beispiele aus der chemischen Industrie, wo es gelungen ist, zum Beispiel Kohlendioxid und Biomasse zu verwenden, um Kunststoffe herzustellen. Ein anderes Beispiel ist ein amerikanisch-isl��ndisches Konsortium, dem es gelungen ist, unter den Bedingungen Islands Methanol aus Kohlendioxid und Wasserstoff herzustellen, nachhaltig, dabei die Erdw��rme der Insel zu nutzen. Die Rohstoffbasis wird zu verbreitern sein, nicht nur durch Einsatz von Biomasse, sondern auch von Kohlendioxid, aber die ��kobilanz ist nat��rlich nur dann besser, wenn auch die Energieversorgung dieser chemischen Verfahren verst��rkt auf erneuerbare Energien sich st��tzt, denn nur dann kann der Kohlendioxidaussto�� insgesamt drastisch reduziert werden.

G��tze: Gibt es L��nder, die uns voraus sind? L��nder, in denen gar keine erd��lbasierten Produkte zu bekommen sind?

Sundmacher: Als interessantes Beispiel f��llt mir hier Brasilien ein. Brasilien setzt Ethanol massiv ein, zum Beispiel auch zur Gewinnung von Ethylen. Ethylen, das ist ein kleines Molek��l mit zwei Kohlenstoffatomen, dazwischen eine Doppelbindung. Es ist hochreaktiv, und es ist das Momomer, aus dem wir den Kunststoff Polyethylen gewinnen k��nnen. Wenn Sie auf einer Verpackung sehen PE, dann ist das Polyethylen. Dieses Polyethylen wird vielfach hergestellt auf Erd��lbasis, aber Brasilien macht das beispielsweise aus Bioethanol. Aber auch Brasilien kann nicht vollst��ndig auf Erd��l verzichten.

G��tze: Also gibt es noch Luft nach oben. Vielleicht k��nnte Sachsen-Anhalt da eine Vorreiterrolle einnehmen. Glauben Sie, dazu hat das Land das Potenzial?

Sundmacher: Unbedingt! Die lange Tradition der chemischen Produktion gerade im s��dlichen Teil Sachsen-Anhalts, im sogenannten Chemiedreieck, macht dieses Bundesland zum pr��destinierten Gebiet f��r die Etablierung einer funktionierenden Bio��konomie. Ich bin davon fest ��berzeugt, dass dies auch eine wesentliche Basis unseres zuk��nftigen wirtschaftlichen Erfolgs in Sachsen-Anhalt sein wird und sein kann.

G��tze: Sch��ne Aussichten. Schauen wir noch ein bisschen weiter in die Zukunft. Was glauben Sie, wie wird sich die Bio��konomie in den n��chsten zehn Jahren ver��ndern?

Sundmacher: Ich geh davon aus, dass sie einen rasanten Aufschwung erleben wird, weil auch gro��e Firmen im Bereich der chemischen Produktion sich voll auf Nachhaltigkeitsziele, wie sie die UN beispielsweise definiert hat, ausrichten. Die Gesellschaft befindet sich im Wandel. Gerade die junge Generation macht Druck, dass mehr Nachhaltigkeit etabliert wird. Die Politik setzt auch zunehmend die richtigen Rahmenbedingungen, um diesen Wandel zu beschleunigen. Bei all dem m��ssen wir aber auch sehen, Bio��konomie allein wird nicht das Allheilmittel sein. Es gibt Dinge, die auch kritisch zu betrachten sind, wie zum Beispiel die Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion oder eine ��berd��ngung bei extensiver Landwirtschaft. Es geht also darum, Bio��konomie intelligent in die chemische Produktion einzubinden und, wie ich es vorher gesagt habe, auch kohlendioxidbasierte chemische Produktion spielt in diesem Zusammen eine gro��e Rolle. Im Tandem mit der Bio��konomie entstehen hier ganz interessante, zukunftstr��chtige L��sungen.

G��tze: Vielleicht tr��gt Greta ja auch dazu bei, dass das ein bisschen schneller geht. Der Druck ist ja da. Zum Abschluss w��rde ich ganz gerne noch mal ��ber Ihre pers��nlichen Ziele sprechen beziehungsweise, wenn Sie sich etwas w��nschen k��nnten f��r Ihre Forschung, was w��rden Sie gerne mal erreichen?

Sundmacher: Wir m��chten ma��geblich dazu beitragen, dass chemische Produktion nachhaltiger wird, dass sie energieeffizienter wird, dass auf allen Ebenen des Produktionsverfahrens, wir sozusagen Stellschrauben benutzen, um die Produktion zu optimieren, um sie umweltvertr��glicher zu machen, gesundheitsfreundlicher zu machen und ressourcenschonend zu etablieren. Daf��r m��ssen wir nat��rlich mit der chemischen Industrie eng zusammenarbeiten. Deswegen haben wir da eine ganze Reihe von Projekten etabliert. Aber ich glaube ganz besonders wichtig ist nat��rlich insbesondere das Thema der Reduktion der Treibhausgase, allen zuvorderst der Kohlendioxidemission, die drastisch zu reduzieren sind. Deswegen haben wir jetzt j��ngst eine ganze Reihe von Projekten gestartet, die zum Ziel haben, Kohlendioxid auch als Rohstoff zu begreifen und nicht nur CO2-Emission zu reduzieren, sondern CO2 aus der Atmosph��re zu extrahieren, um es dann f��r die chemische Produktion nutzbar zu machen.

G��tze: Klingt super, super spannend. Vielen, vielen Dank, dass Sie hier waren und uns einen so tollen Einblick gegeben haben in Ihre Forschung, die sehr, sehr wichtig ist f��r uns alle. Vielen Dank auch f��rs Zuh��ren. Schalten Sie auch gerne beim n��chsten Mal wieder ein. Auf Wiederh��ren!

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Introstimme: Wissen, wann du willst. Der Podcast zur Forschung an der Uni Magdeburg.