Zehn Jahre Bioökonomie: Bilanz und Ausblick

Rohstoff- und Energieeffizienz bestimmen Wirtschaftlichkeit und sind für die Zukunft unumgänglich

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  • Dr. Manfred Kircher, Cluster Industrielle Biotechnologie
  • Dr. Thomas Schwarz, Cluster Industrielle Biotechnologie
  • Grafik 1: THG-Reduktionsziele entsprechend der Kyoto-Vereinbarung
  • Grafik 2: Kohlenstoff-Recyclierung durch Fotosynthese und Katalyse

Am 14. September 2005 wurde das europäische Konzept der wissensbasierten Bioökonomie (Knowledge-Based Bioeconomy; KBBE) erstmals veröffentlicht. Aus diesem Anlass organisiert der deutsche Bioökonomierat mit Unterstützung des BMBF am 25.-26. November 2015 in Berlin den Global Bioeconomy Summit. Dass die Veranstaltung unter der Schirmherrschaft von Bundeskanzlerin Angela Merkel steht, belegt den Stellenwert der Bioökonomie für die Bundesregierung.

Nach zehn Jahren gilt es, Bilanz zu ziehen: Laut Definition ist die wissensbasierte Bioökonomie die Erzeugung und Nutzung biologischer Ressourcen, um Produkte, Verfahren und Dienstleistungen in allen wirtschaftlichen Sektoren bereitzustellen. Damals wie heute geht es um die Ablösung fossiler durch nachhaltige Kohlenstoffquellen, um die Reduktion von Treibhausgasen und die Umstellung auf biobasierte Energie und Chemieprodukte. Allerdings haben sich in den vergangenen Jahren nicht nur die politischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen verändert, auch die technologischen Grundlagen und das Konzept der Bioökonomie an sich haben sich weiterentwickelt.

Politik

Weltweit haben sich mehr als 50 Staaten – darunter die EU und Deutschland – dem Konzept der Bioökonomie und den damit verknüpften Vorgaben für die Reduktion insbesondere der CO2-Emission (Grafik 1) verpflichtet.

Die G7-Staaten haben dies kürzlich bestätigt. Sie fordern unter Bezug auf den Klimaschutz die Abkehr von Erdöl, Erdgas und Kohle bis zum Ende des Jahrhunderts: „Wir wissen, dass wir im Laufe des Jahrhunderts eine Dekarbonisierung brauchen“ stellte die Bundeskanzlerin zum Abschluss des Gipfels am 8. Juni2015 in Elmau fest. Da weltweit rund 96% der fossilen Kohlenstoffquellen (Öl 92%; Gas 96,5%, Kohle 99,9%) in die Erzeugung von Energie und Treibstoff gehen, werden diese Sektoren priorisiert und ihre Umstellung durch Verpflichtungen und Subventionen begünstigt. Deutschland hat hier mit der EEG-Gesetzgebung früh die Pionierrolle übernommen und fördert sowohl die von Kohlenstoff unabhängige Energieerzeugung (Solar, Wind etc.) als auch (bio-) kohlenstoffhaltige Energieträger (z.B. Bio-Ethanol, Biogas).

Nicht-fossile Chemieprodukte bleiben dagegen unberücksichtigt.

Wirtschaft

Anders als vor zehn Jahren erwartet, ist der Marktpreis für Öl gefallen. Auch die prognostizierte Verknappung des Angebots ist mittelfristig nicht absehbar. Mit Fracking hat Erdgas insbesondere in den USA als Chemierohstoff an Bedeutung gewonnen. Produkte auf Basis nachwachsender Rohstoffe sind unter diesen Bedingungen wettbewerbsfähig, wenn sie technisch nur so verfügbar sind (z.B. enantiomerenreine Moleküle), eine höhere Leistungsspezifikation erreichen (z.B. langkettige Monomere) oder ein Konsumentenprodukt aufwerten wie z.B. die Plantbottle von Coca-Cola (Anm. d. Red.: vgl. Titelinterview). Im reinen Kostenwettbewerb leiden alternative Rohstoffe und Verfahren, weil ihre Gewinnung und Verarbeitung noch nicht den fossilen Prozessketten entsprechend optimiert ist. Einen Zuwachs biobasierter Rohstoffe um 50% erwartet der VCI deshalb bis 2030 insbesondere in der Spezialchemie. Mit 13% biobasierten Chemierohstoffen liegt die deutsche Chemieindustrie schon heute deutlich über dem EU-Durchschnitt von 10%. So wie für die Bioenergie sollte die Politik auch für Chemieprodukte Rahmenbedingungen formulieren, die die Lernkurve der Kostenoptimierung beschleunigen, zumal gerade die Kombination der Produktionsskalen beider Sektoren ein ökonomisch tragfähigeres Bioraffinerie-Konzept erwarten läßt.

Technologie

Biotechnologische Verfahren waren vor zehn Jahren auf Intermediate des biologischen Stoffwechsels beschränkt und konnten deshalb viele Produkte der Synthesechemie nicht liefern. Heute ist die synthetische Biologie auf dem Weg, biobasierte Produkte dem Bedarf der chemischen Industrie entsprechend zu ermöglichen. Damit eröffnet sich ein enormes Innovationspotenzial, das entsprechende Forschungsanstrengungen fordert.

Bahnbrechend erweitert sich derzeit das Portfolio nachhaltiger Kohlenstoffquellen. Waren vor zehn Jahren Zucker, Stärke und pflanzliche Öle Stand der Technik, so haben heute Verfahren zur Nutzung von Non-Food-Biomasse (Holz, Stroh) den Produktionsmaßstab erreicht. Seit einigen Jahren sind Technologien zur biokatalytischen Verwertung von CO und CO2 fortgeschritten. Synthesegas aus Stahlwerken oder auch vergasten Siedlungsabfällen kann so mit einer im Vergleich zu Fischer-Tropsch enger definierten Produktspezifikation umgesetzt werden. Hier erschließt sich für die industrielle Kohlenstoff-Recyclierung nicht nur eine Alternative zur fotosynthetischen Kohlenstoff-Fixierung, auch die nicht unerhebliche Treibhausgasemission der Landwirtschaft wird vermieden (Grafik 2).

Während die technologischen Grundlagen z.T. aus Europa (enzymatischer Lignocellulose-Aufschluss) und Deutschland (biotechnologische CO/CO2-Verwertung) stammen, sind bezüglich der industriellen Realisierung die USA und China führend. Es stellt sich deshalb die Frage, warum mit hohem Aufwand hier entwickelte Verfahren dort „landen“. Offensichtlich sind es die Rahmenbedingungen, die Investoren im internationalen Wettbewerb überzeugen. Dabei erweist sich die Förderung des Treibstoffmarkts, auf den der überwiegende Anteil der Investitionen zielt, als Anstoß für eine Lernkurve der Kostenoptimierung, die letztlich auch Chemieprodukten zugute kommt. Dazu gehört die kaskadenartige Koppelung der stofflichen und energetischen Verwertung primärer und sekundärer Stoffströme. Gerade die hochentwickelten Chemiestandorte Deutschlands bieten eine hervorragende Ausgangsbasis für die Etablierung einer derartigen – auch branchenübergreifenden – Stoffstromvernetzung. Diese Chance gilt es zu nutzen.

Bioökonomie und Kreislaufwirtschaft

Die aktuelle Diskussion der Bioökonomie nimmt diese technologischen Entwicklungen und wirtschaftlichen Gegebenheiten auf. So wird zunehmend erkannt, dass in der Bioökonomie Rohstoff- und Energieeffizienz nicht nur die Wirtschaftlichkeit bestimmen, sondern wegen der limitierten Verfügbarkeit biobasierter Kohlenstoffquellen und des absehbar wachsenden Bedarfs für die Ernährung unabdingbar sind. VCI und Bioökonomierat fordern deshalb die Verwendung von Non-Food-Biomasse sowie Abfall- und Reststoffen in Nutzungskaskaden. Die EU-Kommission geht noch einen Schritt weiter und favorisiert seit 2014 mit dem Konzept der Kreislaufwirtschaft Kohlenstoff recyclierende Wertschöpfungsketten, wobei die Unterscheidung zwischen ursprünglich fossilem und Biomasse-Kohlenstoff an Gewicht verliert. Es kommt deshalb jetzt darauf an, die (bio-)stoffbezogenen Normen und Regularien der Bioökonomie und des EEG mit den Erfordernissen einer Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft so zu harmonisieren, dass sie nicht innovationshemmend wirken.

Rahmenbedingungen, die die energetische und stoffliche Verwertung nachhaltiger Rohstoffe ausgewogen unterstützen und die Weiterentwicklung der regionalen Infrastruktur beschleunigen, sind der Schlüssel zur Realisierung einer wettbewerbsfähigen Chemie in der Bio- und Kreislaufwirtschaft.

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