03. Pflanzenautos

Klimaschutz ist eine Investition in die Zukunft. Derzeit schleudern wir jedoch noch viel zu viel Kohlendioxid (CO₂) in die Luft. Ungefähr 1/3 der menschengemachten Treibhausgasemissionen entstehen durch den Verkehr. Wir sind darauf angewiesen, dass permanent etwas auf dem Wasser, in der Luft, aber vor allem auf den Straßen bewegt wird. Gelingt es uns, das Auto vom Schmuddelkind zum Klimaschützer zu machen, wäre eine große Treibhausgasquelle versiegt. Dies klingt absurd, kann aber gelingen.

Drei zentrale Herausforderungen bestimmen die Verkehrsentwicklung: (a) die Anzahl der Personen und Güter, die bewegt werden sollen, (b) die nachhaltige Verfügbarkeit von Rohstoffen und (c) die für die Mobilität notwendige Infrastruktur und Logistik. Ein vierter Punkt kommt noch hinzu, der Klimawandel. Mehr und mehr wird der zur bestimmenden Kraft. Als ein Synonym für die Rolle des Menschen am globalen Klima steht der steigende Kohlendioxidgehalt in der Erdatmosphäre. Mengenmäßig ist Kohlendioxid das bedeutendste Treibhausgas. Aus diesem Grund werden andere Treibhausgase wie Methan, Lachgas oder Stickoxide als Kohlendioxid Äquivalenten erfasst. Im Jahr 2012 gelangten knapp 36 Milliarden Tonnen Klimagase in die Atmosphäre. Einen großen Teil nehmen Pflanzen, Ozeane und die Böden wieder auf. Für sie ist CO₂ wichtiger Rohstoff.

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Kohlendioxid entsteht bei biologischen und geologischen Prozessen. Die Atmung, aber auch das Verrotten organischen Materials oder Vulkanausbrüche produzieren Kohlendioxid. Kohlendioxid ist eine wichtige Basis für das Leben auf der Erde. Alles was gelebt hat oder lebt enthält Kohlenstoff aus CO₂. Sämtliche Biomasse, jede Faser, jedes Blatt oder Tier besteht aus CO₂. Damit ist Kohlendioxid auch ein universeller Werkstoff der Natur.

Warum es der Industrie nur schwer gelingt, dieses Molekül wie die Natur zu nutzen, ist in dessen chemischen Eigenschaften begründet. CO₂ ist als Endprodukt langer Reaktionsketten sehr stabil. Um es zu aktiveren, nutzt die Natur einen Trick, die Biokatalyse, zum Beispiel bei der Photosynthese. Können nicht nur Pflanzen sondern auch Industriegüter wie Autos aus Kohlendioxid bestehen und zu einem Speicher von Treibhausgasen werden?

Autos als Klimaschützer

Rechnet man die CO₂ Minderungsziele in Europa bis zum Jahr 2030 auf den Verkehr um, stehen die Zeichen auf Veränderung. Der Verkehrsbereich müsste seine Emissionen um 80 Prozent verringern. Ein Pkw dürfte dann nur noch etwas über zwei Liter Sprit verbrauchen. Vorzugweise klimafreundliche Kraftstoffe und keine fossile Energie. Das würde aber bedeuten, dass der Benzinpreis mindestens verdoppelt werden müsste. So bliebe das Autofahren bezahlbar, nicht aber billig. Um die zwei Liter Marke zu knacken, müssen Gewicht, Antrieb und das Design der Autos komplett verändert werden.

Dass Autos Energie speichern können, ist bekannt. Ähnlich wie Nachtspeicheröfen können Elektroautos zu den Zeiten, in denen die Energienachfrage gering ist, Strom ziehen und so zu Energiespeichern werden. Diese Speicher können vernetzt agieren und bei Bedarf Energie ins Netz zurückspeisen. Vorausgesetzt, die E-Mobilität kommt über das Elektrofahrrad hinaus.

Aber können Autos auch Treibhausgase speichern? Ja, sie können. Zwei Wege sind denkbar. Zum einen können Autos aus biobasierten Materialien bestehen. Zum anderen kann Kohlendioxid nach dem Vorbild der Natur als Rohstoff genutzt werden.

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Biobasierte Materialien

Biomaterialien entziehen beim Heranwachsen der Atmosphäre CO₂ und speichern den Kohlenstoff in ihren Strukturen. Erst beim Verrotten oder Verbrennen wird dieser wieder frei und gelangt zurück in die Atmosphäre. Je mehr biobasierte Werkstoff zum Einsatz kommen, desto mehr Kohlendioxid wird der Atmosphäre entzogen. Gleichzeitig können diese Materialien dabei helfen, Gewicht zu sparen.

Statt Glas und Metalle kommen vermehrt Leichtbaukunststoffe zum Einsatz. Jedes Kilogramm weniger Speck spart Energie. Auf 100 Kilogramm macht die schmalere Hüfte 0,3 Liter Sprit oder eben 10 Gramm weniger CO₂ aus. Leichtere und „grünere“ Autos machen diese jedoch noch nicht vollends zu Klimaschützern. Denn die 20 Prozent Kunststoffe aus denen ein Auto besteht sind vor allem aus petrochemischer Produktion. Können diese durch biobasierte Kunststoffe ersetzt werden, wäre eine große Tür zu nachhaltigeren Autos aufgestoßen.

PLA, PHA und PHB stehen für Polymilchsäuren und Polyhydroxyfettsäuren wie Polyhydroxyalkanoate und Polyhydroxybutyrate. Hinter diesen Bezeichnungen verbergen sich biobasierte Kunststoffe mit einem großen Anwendungsspektrum. Polymeren auf Stärke- oder Milchsäurebasis werden in Zukunft aber auch zur Herstellung von Kunststoffen wie PE (Polyethylen), PP (Polypropylen) oder PVC (Polyvinylchlorid) hinzukommen. In Brasilien entstehen zurzeit mehrere Anlagen, die aus Zuckerrohr Bioethanol und aus dem Sprit den Massenkunststoff Polyethylen erzeugen sollen. Chemisch ließen sich im Prinzip alle Kunststoffe aus biobasierten Rohstoffen herstellen. Die Fragen sind der Preis, die notwendige Energie und die Verfügbarkeit der Bio-Rohstoffe.

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Eine neue Idee sind Biokunststoffe übrigens nicht. Bereits 1855 erfand der Engländer Alexander Parkes das Celluloid. Den ersten biobasierten Kunststoff der Welt. Außerdem dienen Eiweiße,  Vielfachzucker, Naturkautschuk oder ähnliche natürliche Rohstoffe der Plastik- und Gummiherstellung. Durch den Erdölboom im vergangenen Jahrhundert gerieten diese etwas in Vergessenheit und erleben nun eine Renaissance. Heute fristet Bioplastik zwar noch ein Nischendasein. Weltweit haben diese einen Marktanteil von gerade einmal einem Prozent. Optimistisch ist jedoch deren Wachstumsrate. Diese liegt bei jährlich 20 Prozent. Tendenz weiter steigend.

Es gibt noch einen anderen Weg, etwas mehr Bio in den Kunststoff zu bringen. Klassische Kunststoffe wie Polypropylen lassen sich durch Zellulosefasern verstärken. Holz im Plastik kann die Innenverkleidungen im Auto oder Kleinteile, wie eine Motor- oder Kofferraumhaube oder einen Tankdeckel, stabiler machen. Naturfasern, wie Flachs oder Hanf, sind in ihren physikalischen Eigenschaften den Glas- und Carbonfasern sogar überlegen. Diese faserverstärkten Kunststoffe haben viele Einsatzgebiete im Automobilbau.

Treibhausgase als Rohstoff

Kunststoffe, die das Treibhausgas CO₂ als Kohlenstoffbasis nutzen, sind ein relativ neuer Weg. Zwar wird es noch etwas dauern, bis das Klimagas zum universellen Rohstoff wird. Erste Pilotanlagen laufen aber bereits. So werden in Weichschäumen aus Polyurethan - einem Kunststoff, der in Abermillionen Tonnen genutzt wird - gezielt CO₂-Moleküle eingebaut. Aber auch Grundchemikalien wie die Ameisensäure, die die Basis für viele andere Produktgruppen ist, wird im Pilotmaßstab aus CO₂ hergestellt. Dabei wird nicht jedes Kohlenstoffatom durch Kohlendioxid ersetzt, aber zu einem Anteil zwischen 15 bis 30 Prozent ist dies möglich. Grundlage für die Nutzung von CO₂ als Rohstoff ist die Katalysatorenforschung. Wie bei der Photosynthese der Pflanzen sind Katalysatoren nötig, um das reaktionsträge CO₂ Molekül zu aktivieren. Gelingt dies, wird das Kohlendioxid
zu einem molekularen Legostein, der fast überall verbaut werden kann.

Die Kombination von biobasierten Werkstoffen als Erdölersatz und die Nutzung von CO₂ als Rohstoff können das Auto zu einem mobilen Klima- und Ressourcenschützer machen.