Herstellung hochwertiger Polymermaterialien auf Basis von CO2

Vom Abfallprodukt zum Rohstoff

Im PUR-Technikum in Leverkusen werden Polyurethan-Polymere genau unter die Lupe genommen: Hier steht Polyurethan-Prüfer Benno Wroblewski an der PUR Physical-Testing 250 kN-Maschine, um die Biegefestigkeit von Sandwich-Isolierpanelen zu ermitteln. Foto: Bayer MaterialScience AG In the PU Technical Service Center in Leverkusen, polyurethane polymers are given a thorough going over. The picture shows Benno Wroblewski at the 250 kN machine, measuring the flexural strength of sandwich insulating panels. Photo: Bayer MaterialScience AG
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An einer nachhaltigen Verwendung von Kohlendioxid (CO2) arbeiten Forscher von Bayer MaterialScience und Bayer Technology Services zusammen mit der RWE Power AG sowie der RWTH Aachen University als akademischem Partner. Im Mittelpunkt des Projekts „Dream Production“ stehen die Errichtung und Inbetriebnahme einer Pilotanlage im Chempark Leverkusen. Hier sollen im Kilogramm-Maßstab Polyetherpolycarbonatpolyole (PPP) produziert werden, die zu Polyurethanen weiterverarbeitet werden. Dabei wird CO2 chemisch gebunden. Die Schlüsseltechnologie hierfür ist die Katalyse.

Katalysetechnologie wird derzeit bei der Herstellung von mehr als 85 % aller chemischen Produkte eingesetzt, auch bei den sogenannten „Dream Reactions“ – Reaktionen, die im Labor erprobt wurden, von deren industrieller Umsetzung man aber bisher nur träumen konnte. Konkret: Beim Versuch, CO2 nutzbar zu machen, stand die Reaktionsträgheit von Kohlendioxid bisher wie eine große Hürde im Weg. Aber durch Katalyse ist diese Traumreaktion im Labor bereits möglich geworden.

Im Projekt „Dream Production“ sollen nun die vielversprechenden Ergebnisse aus dem Labor erstmals in den Technikumsmaßstab überführt werden. Die vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) als Projektträger betreute Initiative wird in den kommenden drei Jahren mit insgesamt über 4,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.
Die durch die Katalyse gewonnenen Polyetherpolycarbonatpolyole sind äußerst attraktive Materialien. Neben der direkten Nutzung des CO2 eröffnen sich weitere interessante CO2-Einsparpotenziale durch Verwendung der aus den PPPs hergestellten Polyurethane. „Die Verwertung des Abfallproduktes CO2 zur Herstellung von vielseitigen Wertstoffen ist eine absolute Meisterleistung der Katalyse, auf die wir ebenso wie unsere Projektpartner sehr stolz sind“, sagte Patrick Thomas, Vorstandsvorsitzender der Bayer MaterialScience AG. „Darüber hinaus sparen Polyurethane als effizientestes organisches Dämmmaterial während ihrer Nutzungsdauer etwa 80-mal mehr Energie ein, als zu ihrer Herstellung benötigt wird. Somit erzielen PPPs einen doppelt positiven Effekt für den Klimaschutz.“ Neben der Gebäudedämmung tragen Leichtbauteile aus Polyurethanen etwa in der Automobilindustrie zu einer Gewichtsverringerung und damit zu signifikanten Energieeinsparungen bei. Aber auch als Stoff, aus dem hochwertige Matratzen und Polstermöbel hergestellt werden, sind Polyurethane Teil des täglichen Lebens.
Rohstoffe sparen
„Dream Production“ basiert auf dem von Bayer Technology Services initiierten und ebenfalls vom BMBF geförderten Vorläuferprojekt „Dream Reactions“. Im Rahmen dieses Projektes bearbeitet BTS Fragestellungen, bei denen die Nutzbarmachung von CO2 mit Hilfe neu entwickelter Katalysatoren im Mittelpunkt steht. „Die fruchtbare Kooperation mit Bayer MaterialScience und Bayer Technology Services im Rahmen des Katalysezentrums CAT hat den Grundstein für dieses Konsortium gelegt. Es ist einzigartig, dass im Bereich der CO2-Nutzung die gesamte Wertschöpfungskette von der Quelle bis zum Produkt in einem Projekt vereint ist“, so Prof. Dr. Walter Leitner, geschäftsführender Direktor des Instituts für Technische und Makromolekulare Chemie (ITMC) der RWTH Aachen.
Der Einsatz von CO2 als Rohstoff bei der Herstellung von Polymeren hilft, weniger konventionelle Rohstoffe und damit weniger fossile Energieträger zu verbrauchen. Mit diesem Ansatz wird auch für zukünftige Generationen ein nachhaltiger Umgang mit natürlichen Ressourcen aufgezeigt.
Das im Rahmen des Projekts eingesetzte CO2 wird aus dem Braunkohlenkraftwerk von RWE Power in Niederaußem stammen. Dort betreibt der Stromerzeuger in seinem Innovationszentrum Kohle eine CO2-Wäsche, mit der das Kohlendioxid aus dem Rauchgas abgetrennt wird. Für das Projekt Dream Production wird die CO2-Wäsche zusätzlich mit einer Verflüssigungsanlage ausgestattet, so dass das Kohlendioxid nach Leverkusen transportiert werden kann. Die CO2-Verflüssigungsanlage wird flexibel für unterschiedliche Anforderungen an das CO2 wie Drücke und Reinheiten im Kilogramm- bis Tonnenmaßstab errichtet und betrieben.
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