Neue Wege für die Wertschöpfung von morgen

Das Center for Next Generation Processes and Products an der RWTH Aachen erforscht den Wandel von fossilen zu biobasierten Wertschöpfungsketten.

Biomasse gilt als der Rohstoff für die Zeit nach dem Erdöl – und auch schon auf dem Weg dorthin. Doch das erfordert ein ideales Zusammenspiel von der Pflanzenforschung über die Katalyse bis zur Prozesstechnik, ein Zusammenspiel, das zukünftig an der RWTH Aachen noch intensiver erforscht werden soll. Pflanzenforschung.de sprach mit Wolfgang Marquardt, einem der Leiter des dortigen Centers for Next Generation Processes and Products (NGP²) über die Bedeutung von Bioraffinerien und weshalb eine energetische Nutzung der Biomasse wenig sinnvoll ist.

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Pflanzenforschung.de: Professor Marquardt, Sie koordinieren gemeinsam mit fünf Kollegen das „Center for Next Generation Processes and Products“. Was verbirgt sich dahinter?

Wolfgang Marquardt: Wenn wir von fossilen zu biogenen Kohlenstoffquellen übergehen, ändern wir die Struktur des Rohstoffs komplett. Wir verändern nicht nur seine Herkunft, sondern auch die Verpackung, die ihm die Natur gegeben hat. Wir müssen uns also fragen: Was bedeutet das für die Wertschöpfungskette? Ist sie immer noch tauglich? Da kommt man schnell zu der Einsicht, dass es nicht richtig ist, bei alten Wertschöpfungsketten zu bleiben.

Wenn ich beispielsweise ein Produkt herstellen möchte, das Sauerstoff braucht, dann muss ich den heute per Oxidation in die Wertschöpfungskette einbringen. Bei einem biogenen Rohstoff hingegen müssen wir Sauerstoff herausholen, weil schon zu viel drin ist. Wir haben dann zwei Möglichkeiten: die Oxidation zu CO2, oder den Sauerstoff mit Wasserstoff als Wasser rauszunehmen. Die erste Lösung ist schlecht, weil wir aus Klimaschutzgründen kein CO2 wollen, die zweite erfordert eine nachhaltige Wasserstoffproduktion. Die wäre mit der solaren Wasserspaltung möglich, aber das ist sehr aufwändig.

Wir müssen uns also auch fragen, ob die Produkte von heute die falschen für morgen sind. 100 Jahre in die Zukunft werden wir neue Wertschöpfungsketten von biogenen Rohstoffen zu neuen Produkten haben. Wenn man diese Gedanken zusammenfasst, dann kommt man genau zu dem Schlagwort „Next Generation Processes and Products“.

Pflanzenforschung.de: Wo steht das Projekt NGP² zurzeit?

Wolfgang Marquardt: Wir haben uns an der RWTH Aachen 2006/2007 mit verschiedenen Kollegen zusammengesetzt, um eine gemeinsame Forschungsstrategie zu finden. Wir wollten über ein gemeinsames Ziel Synergien schaffen und haben ein gesellschaftlich relevantes Projekt für eine lange Zeitskala gesucht, das uns allen gemeinsam interessante wissenschaftliche Fragestellungen bietet. Dabei kamen wir auf den Rohstoffwandel. Er bietet die Chance für eine komplett neue Sicht auf die Stoffwandlung, von der Katalyse bis zur Verfahrenstechnik.

Dabei standen wir schließlich vor der Frage: Wie führen wir unsere Aktivitäten, die es zum Teil schon länger gab, auch räumlich zusammen? Daraus entstand das NGP². Das neue Gebäude soll in der zweiten Hälfte von 2014 in Betrieb gehen, ebenso wie die darin enthaltene Bioraffinerie, in der übrigens alle Stoffwandlungsprozesse flüssigbasiert sein werden, um die reichhaltigen natürlichen Strukturen in der Biomasse weitgehend zu erhalten. Dabei wollen wir nicht ein oder zwei Stoffe herstellen, sondern für künftige Bioraffinerie-Technologien die ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen legen. 

Pflanzenforschung.de: Weshalb ist eine Bioraffinerie für Forschung und Industrie so attraktiv?

Wolfgang Marquardt: Wir haben ja wie auch bei fossilen Rohstoffen viele Produkte, die wir herstellen wollen – Kraftstoff, Polymere, Lebensmittel... Wenn wir nur ein Produkt gewinnen, entsteht viel Abfall, der heute meist verbrannt wird. Wenn wir die verschiedenen Produkte aber in einen Prozess integrieren können, erreichen wir eine nahezu hundertprozentige Verwertung der Rohstoffe.

Ich würde übrigens auch Biomasse nicht für die Energiegewinnung nutzen wollen. Dafür ist Bioenergie viel ineffizienter als Solarenergie. Wenn wir die natürlichen Ressourcen optimal nutzen wollen, sollten wir Sonne für Energie verwenden und Biomasse zu hundert Prozent in stoffliche Produkte umsetzen. Mir ist klar, dass wir davon noch weit weg sind, aber die Überlegung zeichnet schon heute den Weg vor. Wir wollen in der Wertschöpfungskette möglichst allen Kohlenstoff in der Biomasse stofflich nutzen und die für die Umwandlung nötige Energie aus Wind- oder Solarkraftwerken holen. 

Pflanzenforschung.de: Welche Rolle spielt für Ihr Vorhaben das Bioeconomy Science Center (BioSC), von dem NGP² ein Teil ist?

Wolfgang Marquardt: NGP² ist um die Ingenieurwissenschaften herum konstruiert, hat aber auch starke Verbindungen zur Biotechnologie und zur Technischen Chemie. Bisher hatte das Center keine Anbindung an die Pflanzenwissenschaften gehabt. Das ist ein Defizit, weil man anders als beim Öl kann den Rohstoff Biomasse auch etwas gestalten kann. Da kommt das BioSC ins Spiel. Mit dessen Strukturen ist es möglich, die gesamte Wertschöpfungskette von der Pflanze bis zum Produkt abzudecken. Das NGP² ist der ingenieurwissenschaftliche Kern vom BioSC.

Pflanzenforschung.de: Benötigt so ein interdisziplinär ausgerichtetes Projekt auch interdisziplinär ausgebildete Forscher?

Wolfgang Marquardt: Interdisziplinarität braucht starke Disziplinen. Es wäre fatal, Generalisten ausbilden zu wollen, denn Breite geht immer zu Lasten der Tiefe. Dafür ist das Problem zu komplex. Wir brauchen ein gutes Team und Strukturen für interdisziplinäre Brückenschläge.

Ob dabei auch neue Ausbildungsprofile entstehen, das muss man im Auge behalten. Im BioSC gibt es ganz bewusst auch Aktivitäten in der Lehre, vor allem für Graduierte. Ich wäre noch vorsichtig, ob wir dort auch neue grundständige Studiengänge entwickeln sollten.

Pflanzenforschung.de: Welchen Anteil am Gesamterfolg hat denn die Pflanzenforschung?

Wolfgang Marquardt: Ich glaube, einen ganz, ganz starken. Wenn wir nicht in der Lage sind, über einen langen Zeitraum Rohstoffe in entsprechender Qualität und Quantität bereit zu stellen, dann kommt die ganze Wertschöpfungskette nicht ans Laufen. Viele Aufgaben müssen gelöst werden: Böden müssen erhalten werden, es muss ein vernünftiges Wassermanagement etabliert werden, in Pflanzen müssen wir die Zugänglichkeit zu den benötigten Molekülen schaffen... Die Pflanzenforschung ist der Dreh- und Angelpunkt, sowohl für die Technik als auch für die Ökologie.

Pflanzenforschung.de: Vielen Dank für das Gespräch!