Forschen für die CO2-Chemie

Die Chemikerin Dr. Anna-Katharina Ott ist Laborleiterin in der Polymerforschung bei BASF und betreut das BMBF-geförderte Projekt „CO2 als Polymerbaustein“.

Anna-Katharina OttFrau Ott, Sie verwandeln Treibhausgas in Kunststoff?
Ott: Ganz soweit sind wir leider noch nicht. Aber es geht tatsächlich in die Richtung. Wir untersuchen, wie sich Kohlendioxid, also CO2, als Rohstoff nutzen lässt. Ich arbeite in einem Verbundprojekt, das vom BMBF gefördert wird. Darin wollen wir Kohlendioxid als Baustein für hochwertige Polymere nutzbar machen.

Der Klimakiller wandelt sich zum Heilsbringer?
Ott: Auf die Menge der CO2-Emissionen hat das wenig Auswirkungen. Wir sprechen bei den benötigten Mengen von wenigen Tausendstel der Gesamtemissionen – und die liegen derzeit bei 28 Milliarden Tonnen pro Jahr! Aber spannend ist, was sich aus dem Gas überhaupt machen lässt. Harnstoff, Methanol, zyklische Carbonate und Salicylsäure sind alles Produkte, die man aus CO2 herstellen kann. Wir entwickeln in erster Linie Katalysatoren als Reaktionsbeschleuniger für die Polymerisation von CO2 und Epoxiden und optimieren bestehende Katalysatorsysteme natürlich im Hinblick auf  mögliche Anwendungen für die neuen Polymere. Als Verbrennungsprodukt ist CO2 eine sehr stabile Verbindung und reagiert mit anderen Stoffen erst, wenn man viel Energie hineinsteckt. Die Katalysatoren sollen das CO2 reaktionsfreudiger und die Verfahren damit wirtschaftlich attraktiv machen. In Zusammenarbeit mit weiteren Forschungs- und Unternehmensbereichen optimierten und variieren  wir die Polymereigenschaften. Und dann schauen wir uns natürlich auch mögliche Anwendungen an.

Wo werden wir im Alltag auf die neuen Polymere stoßen?
Ott: Bei der Suche nach Anwendungen müssen wir berücksichtigen, dass das neue Polycarbonat auch neue Eigenschaften hat. Mögliche Anwendungen könnten zum Beispiel bei Verpackungen sein, in anderen Teilprojekten werden auch Weichschaumstoffe für Möbel- und Automobilbau untersucht. Interessant ist, dass das Material wahrscheinlich biologisch abbaubar ist. Wir sind gerade dabei dies mit einer externen Firma zu untersuchen und uns das hoffentlich zertifizieren zu lassen. Ein solches transparentes, dehnbares und abbaubares Material ist für Verpackungsfolien interessant – denken Sie nur mal an Folien für die Landwirtschaft.

Deswegen ist Ihr Forschungsthema geradezu ein Medienliebling, vor kurzem waren Sie erst im Wissensmagazin von Deutsche Welle TV. Sehen Sie sich eigentlich als Zukunftsforscherin?
Ott: Wenn wir die großen globalen Trends wie Bevölkerungswachstum und steigender Energiebedarf sehen, ist die Suche nach Alternativen zu Erdöl das Zukunftsthema schlechthin. Aber es geht nicht allein um Verbreiterung der Rohstoffbasis, sondern auch um das Thema Nachhaltigkeit. Unser Ziel ist es, ein Polymer aus CO2 und Propylenoxid auf nachhaltigem Weg herstellen zu können und Anwendungen für dieses Material zu erschließen. Deshalb interessiert uns nicht nur die reine Chemie, sondern wir beschäftigen uns schon in der Forschung bereits mit Themen wie Analyse Lebenszyklus und CO2 Bilanzen.

Welche praktischen Aufgaben haben Sie selbst?
Ott: Meine Rolle hierbei ist einerseits die Forschung selbst, aber auch die Koordination der einzelnen Unterprojekte wie z.B. das Teilprojekt "Polyurethan" und die Diskussion mit den Unternehmensbereichen.

Sie arbeiten eng mit Kooperationspartnern. Wie läuft das?
Ott: Mit Projektpartnern wie Professor Gerrit Luinstra von der Universität Hamburg oder Professor Rieger arbeiten wir seit vielen Jahren zusammen – und die Zusammenarbeit funktioniert super. Bernhard Rieger hat es in dem DW-TV Film schön gesagt: bei den schnellen Wirtschaftszyklen braucht man „universitäre Moderatoren“ für langfristige Forschungsthemen. Ich selbst habe in seinem Arbeitskreis promoviert und freue mich, dass ich gerade diese Kooperation betreuen darf. Unser Projektteam "Katalyse" trifft sich regelmäßig in München und diskutiert Ergebnisse und chemische Detailfragen. Deshalb gibt es auch keine langen Dienstwege. Wir haben tollen Kontakt mit den Doktoranden über Informationen, Ideen und Materialproben und betreuen ab und an Masterstudenten von der GIST, die ihre Masterarbeit bei uns anfertigen.

Dann gibt es also bald die ersten Anwendungen? Man liest bereits von ersten Versuchsanlagen.
Ott: Bevor wir Kunststoffe, Kunststoffvorprodukte oder wichtigen Zwischenprodukte auf dem Markt sehen, werden noch einige Jahre vergehen. Was wir brauchen, sind Rezepte für den industriellen Maßstab.

Quellen:

Veröffentlicht von

Anja Feldmann studierte Journalistik in Dortmund und Slawistik an der Ruhr-Universität Bochum. Nach längeren Auslandsaufenthalten in Russland und Japan arbeitete sie zunächst als Wirtschaftsredakteurin bei dpa und Reuters. 2002 wechselte sie nach China und war für den DAAD in einer Hochschulkooperation mit der Tongji Universität in Shanghai tätig. Nach ihrer Rückkehr schloss sie sich 2008 der neu gegründeten Forschungskommunikation der BASF SE an und beschäftigt sich unter anderem mit dem Einsatz von Social Media in Wissenschaft und Forschung.

Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Häuser mit Dämmstoffen aus CO2 isolieren

    Das wär doch die Quadratur des Kreises: Häuser mit einem Material isolieren, das CO2 als Ausgangsstoff hat und so gut isoliert, dass man auf das Heizen, also das Erzeugen von CO2 verzichten kann.

  2. Sinn der Sache…

    Kohlendioxid bringt ja im Verhältnis zur Masse wenig Kohlenstoff in die Reaktion ein und kostet mehr Energie. Welchen Zusatznutzen bringt das Kohlendioxid? Anders gefragt, wäre eine andere Synthesestrategie für die so entwickelten Materialien nicht automatisch ökonomischer?

  3. Kohlendioxid aus der Luft fangen

    Anders herum könnte man Kunststoffe als stark basische Anionenaustauscher verwenden, um das Kohlendioxid direkt aus der Luft zu fangen.

    Die Vorteile gegenüber der sonst üblichen flüssigen Amine wären die geringere Flüchtigkeit, die höhere Langzeitstabilität, und die geringere Giftigkeit.

    Ausserdem lassen sich dünne Folien und Granulate leichter handhaben als Flüssigkeiten.

    Der Vorteil gegenüber von Verbindungen wie zum Beispiel Kalziumoxid wäre der wesentlich geringere Bedarf an Wärmeenergie beim Abspalten des gebundenen Kohlendioxids.

    Eine weitere Möglichkeit wäre die Verwendung von basischem Chitosan, denn Chitosan ist ein ungiftiger und preisgünstiger Naturstoff.

    Auch beim basischen Chitosan liesse sich das eingefangene Kohlendioxid mit einem sehr geringen Bedarf an Wärmeenergie abspalten.

    Wenn man das Kohlendioxid direkt aus der umgebenden Luft fängt, dann hat man es ausserdem nicht mit den heissen und giftigen Abgasen eines Kohlekraftwerkes zu tun, und ist an keinen bestimmten Ort gebunden.

    Ein gewisser Wassergehalt des Absorptionsmaterials erleichtert sowohl die Bindung des Kohlendioxids, als auch seinen Transport in das Innere des Absorbermaterials als Hydrogencarbonat-Ion.

  4. @Karl Bednarik: Kohlendioxid aus der Luf

    Wir wollen mit dem PPC (Polypropylencarbonat) nicht primär CO2 aus der Atmosphäre binden, sondern wir wollen unter Nutzung des billigen, ungiftigen und überall verfügbaren CO2s neue Produkte herstellen, die die BASF verkaufen kann. Die CO2 Problematik – Stichwort Klima – wird dadurch natürlich nicht gelöst. Die Thematik Amine beschäftigt sich ja mehr damit, das in Kraftwerken verschmutzte CO2 zu reinigen und besser für eine weitere Nutzung vorzubereiten. Die Polymere oder überhaupt Polymere als Gaswäsche-Materialien zu nutzen, ist eine interessante Idee. Das sollten wir weiter diskutieren!

  5. @Lichtecho

    Die ersten Katalysatoren für die Polymerisation von CO2 und Epoxiden wurden bereits 1969 von Shohei Inoue (z.B. DOI: 10.1002/pol.1969.110070408) beschrieben, und erst jetzt kommen die ersten Produkte auf den Markt! Innovationen brauchen einfach ihre Zeit.

  6. @Holzherr

    Aus genau diesem Grund betrachten wir Kosten und Umweltwirkung von Produkten ganzheitlich nach dem Lebenswegprinzip– die so genannte Ökobilanz (1): Dabei berücksichtigen wir sowohl, wie die Umwelt durch die verwendeten Produkte und deren Ausgangsstoffe belastet wird, als auch Möglichkeiten der Wiederverwertung und Entsorgung. In unserem Projekt wollen wir Diole auf der Basis von Propylenoxid, eventuell auch Ethylenoxid und CO2 herstellen. Im zweiten Schritt wird es darum gehen, passende Anwendungen bei Polyurethanen dafür zu finden. Egal, ob es am Ende ein Dämmschaum wird oder eine Schuhsohle: in jedem Fall muss für jede Anwendung neu untersucht werden, ob das Produkt nachhaltig ist. Bei der Untersuchung der Ökoeffizienz wird sich dann zeigen, ob durch die Verwendung CO2-basierter PU-Dämmstoffe CO2 gespart wird und wie viel. Und das wiederum wirkt sich auf unsere CO2-Bilanz (2) aus: mit unseren Produkten tragen wir dazu bei, dass unsere Kunden ihren Carbon Footprint verkleinern. 2010 waren das insgesamt 322 Millionen Tonnen CO2-Emissionen.
    (1)http://tinyurl.com/ecobalance
    (2)http://tinyurl.com/co2balance

  7. @Lars Fischer

    CO2 ist ein überall verfügbarer günstiger Rohstoff, aus dem man sehr viel höherwertige Produkte wie Polymere herstellen und verkaufen kann. Die Energiebilanzen hängen von Katalysator und Prozessführung ab und sehen je nach dem auch ganz gut aus. Weiterhin kann man z.B. das CO2 verwenden, das bei der Herstellung von Ammoniak entsteht.

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