Aus der Branche

Wissenschaftsteams des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen University (ITA) forschen gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und außeruniversitären Forschungseinrichtungen gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) an Wegen, die Textilindustrie von fossilen auf biobasierte Rohstoffe, Ausrüstungen sowie neue umweltfreundliche Verfahren umzustellen, um auf diese Weise, die gesamte textile Wertschöpfungskette zu transformieren.

Die Fäden dafür laufen im Innovationsraum BIOTEXFUTURE mit einer Vielzahl an einzelnen Textilforschungsprojekten zusammen. Die enge Verknüpfung von universitärer mit anwendungsnaher Forschung und marktrelevanter Umsetzung mit Wirtschaftsunternehmen soll dazu führen, dass der Textilindustrie die Wende zu einem zukunftsfähigen biobasierten Wirtschaften zielgerichtet gelingen kann.

Erste konkrete Ergebnisse ausgewählter Projekte präsentiert BIOTEXFUTURE auf den Gemeinschaftsstand Bioökonomie des BMBF auf der Hannover Messe (22. bis 26.4.2024) sowie auf der fast zeitgleich stattfindenden Internationalen Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe, Techtextil, in Frankfurt / Main (23. bis 26.4.2024). Folgende Projekte werden vorgestellt:

• BioTurf: der Kunstrasen der Zukunft ist grün (Hannover Messe / Techtextil)
• CO₂Tex: innovative elastische Garne binden CO₂ (Hannover Messe / Techtextil)
• DegraTex: biologisch abbaubare Geotextilien (Techtextil)
• BioBase: Textilien für Innenräume, Sport, Auto und Technik werden bio (Hannover Messe / Techtextil)

BioTurf: der Kunstrasen der Zukunft ist grün
Die Forscher*innen des Projekts BioTurf arbeiten an der Lösung eines Problems, mit dem hunderte von Städten und Gemeinden konfrontiert sind. Ziel ist es, eine Kunstrasenstruktur aus Bio-Polyethylen (PE) zu entwickeln, das sich qualitativ nicht von erdölbasiertem PE unterscheidet. Diese Monomaterial-Struktur soll ein hochwertiges Materialrecycling ermöglichen. Eine wichtige Basis für die spätere Kreislaufführung des Produktes. Darüber hinaus wird die neuartige Kunstrasenstruktur ohne die Zugabe von Einstreu-Granulat auskommen und damit das aktuelle Mikroplastik-Problem von Kunstrasenplätzen lösen. Es existiert bereits ein BioTurf-Fußballplatz in Aachen als Demonstrationsspielfeld, auf denen Sportler*innen spielen und trainieren, und dadurch die Forscher*innen regelmäßig Rückmeldung bekommen. Man befindet sich in der Phase der Feinjustierung, um das Ziel zu erreichen den Kunstrasen der Zukunft aus 100% biobasiertem Polyethylen herstellen zu können.

CO₂Tex: innovative elastische Garne binden CO₂
Die Textilwissenschaftler*innen des BIOTEXFUTURE Projekts CO₂Tex entwickeln elastische Filament-Garne, in deren Ausgangsmaterial das für die Erderwärmung mitverantwortliche Treibhausgas CO₂ gebunden ist. Gleichzeitig verwenden sie für die Garnherstellung Schmelzspinnprozesse, für die keine giftigen und umweltschädlichen Lösungsmittel notwendig sind. Den Forscher*innen ist es zudem gelungen, die Elastizität der auf thermoplastischen Polyurethanen (TPU) beruhenden Entwicklung für bestimmte Garntypen an das Leistungsvermögen der konventionellen Elastane heranzuschrauben. Das Projekt-Konsortium erwartet, dass für die entwickelten CO₂-haltigen elastischen TPU-Filament-Garne eine Hochskalierung der Produktionsprozesse auf eine massentaugliche Fertigung im Industriemaßstab in absehbarer Zeit möglich sein wird. Dabei hält das CO₂Tex-Team vergleichbare Herstellungskosten wie bei konventionellen Garnen sowie leichte Vorteile bei der Energiebilanz gegenüber bestehenden Prozessen für möglich.

DegraTex: biologisch abbaubare Geotextilien
Das Ziel von DegraTex ist die Entwicklung biobasierter, abbaubarer Geotextilien für kurzfristige Anwendungen wie die zeitlich begrenzte Sicherung von Erdstrukturen oder für den Vegetationsschutz. Die Materialien erfüllen ihre Funktion, bis sie von natürlichen Komponenten, wie z.B. bodenstabilisierenden oder bodendeckenden Pflanzen, übernommen werden oder simpel einfach nicht mehr benötigt werden. Es geht darum, konventionelle, erdölbasierte Geotextilien in technisch und ökologisch sinnvollem Rahmen durch biobasierte und abbaubare Produktlösungen zu ersetzen. Das Forschungsteam des ITA hat bereits erste Demonstratoren auf Basis von Biopolymeren im Außeneinsatz.

BioBase: Textilien für Innenräume, Sport, Auto und Technik werden bio
Im BioBase-Projekt wird die gesamte textile Wertschöpfungskette der jeweiligen Produkte abgebildet und in jedem Prozessschritt der technologische Reifegrad für die industrielle Produktion von biobasierten und nachhaltigen Chemiefasern schrittweise erhöht. Zunächst entstehen hierbei in Kooperation zwischen den Forschungseinrichtungen und Industriepartner*innen industriell gefertigte Anschauungsmodelle (Demonstratoren), die das Potenzial der am Markt verfügbaren biobasierten Polymere demonstrieren sollen. Die Herstellung der Polymere, Garne und textilen Flächen, orientiert sich sehr anwendungsbezogen an den existierenden technischen Anforderungen in den unterschiedlichen Industrie-Sektoren.
Das Team in Aachen beschäftigt sich mit der Herstellung von Chemiefasergarnen und betrachtet dabei die Arbeitsschritte Schmelzspinnen und Texturieren der Wertschöpfungskette und teilweise auch die Flächenherstellung. Die Forschungen zeigen, dass biobasierte Polymere existieren, die auf bestehenden Anlagen entlang der textilen Prozesskette bis zum Demonstrator verarbeitbar sind, wobei die Garn- und Textileigenschaften je nach Anforderungsprofil angepasst werden können.

Butadien ist eine wichtige Plattformchemikalie, um Polymere – u.a. für die Produktion von Autoreifen – herzustellen. Bislang wird das Monomer aber meist auf Basis von Erdöl gewonnen. Eine alternative Syntheseroute haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT im Rahmen des Projektes Power2C4 untersucht. Im Fokus: ein katalytisches Verfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms.

»Butadien spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Polymeren«, ordnet UMSICHT-Wissenschaftler Marc Greuel ein. Neben Polybutadien, das in Autoreifen Anwendung findet, können Polytetrahydrofuran (PTHF), Polybutylenterephtalat (PBT) und Polybutylensuccinat (PBS) aus dem Monomer erzeugt werden. »Der Haken: Aktuell wird Butadien zu 95 Prozent als Nebenprodukt beim thermischen Zersetzen von Rohbenzin zu Ethen gewonnen – unter Ausstoß von Kohlendioxid. Zudem werden die Preise für Butadien perspektivisch ansteigen, da sich die Rohstoffbasis für Ethen immer mehr in Richtung Schiefergas verschiebt und dadurch die Produktionskapazität für Butadien sinkt.« Das Interesse an einem alternativen Herstellungsprozess ist also nicht nur aus Klimaschutzgründen groß.

Die Frage, wie eine nachhaltigere, emissionsärmere und auch günstige Syntheseroute aussehen kann, stand im Zentrum des Projektes Power2C4. Angesiedelt im Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« hat es Expertinnen und Experten des Fraunhofer UMSICHT, des Gas- und Wärme-Instituts Essen e.V., des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln, des Forschungszentrums Jülich, der Ruhr-Universität Bochum, des Wuppertal-Instituts und des ZBT Duisburg zusammengeführt. Ihre Zielsetzung: Flexibilitätsoptionen vor dem Hintergrund der Energiewende zu untersuchen. Im Fokus des Teilprojekts Power2C4 stand ein neues katalytisches Herstellungsverfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms. Ausgangspunkt ist Ethanol, das zum Beispiel im Zuge einer Hydrierungsreaktion aus CO2 und elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff gewonnen wird. Dieses Ethanol dient in einem zweiten Schritt zur Synthese von Butadien mittels des sogenannten Lebedev-Prozesses.

Vielversprechendes Katalysatorsystem identifiziert
Da der erste Schritt bereits Gegenstand zahlreicher Forschungsaktivitäten ist, konzentrierten sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Weiterveredlung des Ethanols zu Butadien und die Verfahrenskopplung beider Schritte. »Wir haben u.a. ein neues Katalysatorsystem auf Basis eines synthetischen Saponiten identifiziert und anschließend synthetisiert«, erklärt Dr. Barbara Zeidler-Fandrich vom Fraunhofer UMSICHT. Die Testung der katalytischen Aktivität erfolgte in einer eigens konstruierten Versuchsanlage. »Aufbauend auf einem ersten Screening haben wir aussichtsreiche Materialien weiter optimiert. Das Ergebnis: Verglichen mit dem unmodifizierten Ausgangsmaterial lässt sich die Butadien-Selektivität im Rahmen der Katalysatoroptimierung deutlich erhöhen. Allerdings ist auch klar geworden, dass noch weiteres Potenzial zur Verbesserung der Katalysatorperformance besteht.«

Nachhaltigkeitsbewertung des Power-to-Butadien-Prozesses
Wie nachhaltig dieser Power-to-Butadien-Prozess wirklich ist, haben Dr. Markus Hiebel und Dr. Daniel Maga vom Fraunhofer UMSICHT in einer Life Cycle Analysis (LCA) untersucht. Beleuchtet haben sie dabei – neben unterschiedlichen Katalysatoren – die Herstellungsmethode von Ethanol und die Relevanz der eingesetzte Energiequelle. »Wir konnten zeigen, dass der Lebedev-Prozess je nach verwendeter Ethanol- und Energiequelle das Potenzial hat, Butadien und damit auch Styrol-Butadien-Kautschuk aus biobasiertem Ethanol oder CO2-basiertem Ethanol herzustellen und CO2-Emissionen zu reduzieren«, so Daniel Maga. »Damit ermöglicht der Power2C4-Prozess die Nutzung alternativer Kohlenstoffquellen.« Besonders die Nutzung von Ethanol aus Restbiomasseströmen wie Bagasse oder Stroh eröffne Wege, Treibhausgasemissionen von Butadien deutlich zu reduzieren. Zudem führe ein Strommix mit immer höheren Anteilen an erneuerbaren Energien zur Möglichkeit, Treibhausgasreduktionen über Carbon-Capture-and-Utilization-Prozesse (CCU) zu realisieren.
 
FÖRDERHINWEIS
Das Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« wird gefördert durch das »Operationelle Programm zur Förderung von Investitionen in Wachstum und Beschäftigung für Nordrhein-Westfalen aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung« (OP EFRE NRW) sowie durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.

In einem offenen Brief an den Bundeswirtschaftsminister, Dr. Robert Habeck, hat die Industrievereinigung Chemiefaser e.V. nachdrücklich eine Öffnung des Dialogs zur Überwindung der aktuellen Energiekrise gefordert.

Die Analyse der aktuellen energetischen Rahmenbedingungen führe zu dem Schluss, dass – wenn nicht gegengesteuert werde - bis zum Ende des laufenden Jahres Chemiefaserproduzenten an deutschen Standorten ihre Werkstore endgültig schließen müssten. Der Verband rechnet mit einem großen Verlust der zurzeit mehr als 7 000 Hightech-Arbeitsplätze im Bundesgebiet.

Ohne ausreichende Energielieferungen werde es am Wirtschaftsstandort Deutschland künftig weder neue innovative Produkte noch einen Qualitätswettbewerb geben, in dem sich deutsche Unternehmen behaupten könnten. Vielmehr würden sich die Verarbeiter von Chemiefasern durch den Wegfall deutscher Qualitätsprodukte in Richtung Asien orientieren.

Bemühungen und Recherchen der Chemiefaserindustrie, die Energieknappheit kurzfristig durch die Nutzung alternativer Energieformen als Substitut für Erdgas zu überbrücken, hätten sich als nicht durchführbar erwiesen. Als einziger Weg bleibe der Umbau der Anlagen von Erdgas- auf Erdölfeuerung, was nichts anders bedeute, als dass ein zur Herstellung von Chemiefasern benötigter Rohstoff verfeuert werde, um deren Produktion sicher zu stellen – vergleichbar mit einem Bäcker, der Getreide verbrenne, um seinen Ofen betreiben und Brot backen zu können.

Die Chemiefaserbranche sei davon überzeugt, dass es die äußeren Umstände dringend geböten, für einen zu überbrückenden Zeitraum ideologiefrei nach technischen Lösungen zu suchen und diese zu diskutieren. Es müsse in einer kritischen Situation möglich sein, vorurteilsfrei und sachlich alle technisch verfügbaren Optionen von Kernenergie bis alternativer Ostseepipeline, von Fracking bis LNG, von Windkraft bis Solarenergie zu prüfen und deren Eignung unter Abwägung aller Folgen zu bewerten.

Der Brief im kompletten Wortlaut steht hier zum Download zur Verfügung.

In ihrem aktuellen Positionspapier bezieht die Industrievereinigung Chemiefaser e.V. Stellung zu den intensiven Diskussionen um ein Embargo gegen russische Erdgaslieferungen. Der Verband sieht nur in einem starken Industriestandort Deutschland die wirtschaftliche und weltpolitische Zukunft des Landes gesichert und könne deshalb unter Abwägung aller Positionen und Einflussfaktoren sowie der Bewertung von arbeits- und marktwirtschaftlichen Folgen ein kurzfristiges Erdgasembargo gegen Russland nicht befürworten.

Bei einer Unterbrechung der ständigen Versorgung mit Erdgas entstünden immense Verluste für die Chemiefaserbetriebe, die bis zur Vernichtung der Branche in Deutschland führen können. Die Verluste setzen sich zum einen aus den technischen Schäden bei einem unkoordinierten Herunterfahren von Anlagen und zum anderen aus marktbedingten Folgeschäden zusammen, die aufgrund ausgefallener Produktion und fehlendem Produktverkauf entstehen.

Je nach Standort und Anlagengröße würde ein kurzfristiger Ausfall aufgrund von Erdgasmangel im Mittel zu Schäden in Höhe von 5 Mio. EUR/Anlage führen. Zusätzlich wäre mit einem laufenden täglichen Verlust zu rechnen, der je nach Standort in einer Größenordnung von z. B. 250 000 EUR/Tag/Anlage liegen könnte. Darüberhinaus sei ein Wiederanfahren der Anlagen fraglich, wenn Lieferketten nicht mehr bedient werden könnten und sich Kunden global zwischenzeitlich anders orientiert hätten. Bei einem Weltmarktanteil Chinas an der Chemiefaserproduktion von mehr als 70 % sei ein Szenario mehr als realistisch, dass China auch diese Lieferketten übernehmen werde, was damit zu einer noch größeren Abhängigkeit von China führen würde.

Die überwiegende Mehrzahl der zur Chemiefaserproduktion eingesetzten Kraftwerke, speziell die mit Wirkungsgraden von 90 % hocheffizienten auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung basierenden GuD-Kraftwerke, ist ausschließlich für den Einsatz von Erdgas ausgelegt. So gibt es vielfach keine technischen Einrichtungen, Gasturbinen oder Dampfkessel mit einem alternativen Brennstoff als Erdgas zu betreiben. Nur in Ausnahmefällen könnte auf Erdöl gewechselt werden. Allerdings ist auch in diesen Fällen die entsprechende Vorratshaltung mit Erdöl nur für einen kurzzeitigen Ausfall der Gasbrenner ausgelegt. Eine Änderung hin zur Grundlastversorgung mit Erdöl könnte je nach Anlagentyp unter Berücksichtigung genehmigungsrechtlicher Vorgaben ein Zeitfenster zwischen 3 und 56 Monaten in Anspruch nehmen. Der Einsatz von Wasserstoff als Energieträger ist nur sehr langfristig möglich. In den wenigen Fällen, in denen Erdgas substituiert sei, könnten je nach Emissionsgrad der umgerüsteten Anlage Investitionskosten in Höhe von 250 Mio. EUR/Anlage anfallen.

Ein von der Europäischen Union ausgesprochenes Erdgasembargo gegenüber der Russischen Föderation würde nicht nur für die Chemiefaserhersteller die Einstellung der Produktion und das Aus bedeuten, so der IVC-Geschäftsführer Dr. Wilhelm Rauch. Auch für andere Branchen wie die Grundstoffchemie, die Papierindustrie, die Metallerzeugung und die Glas- und Keramikherstellung sowie die mit ihnen verbundenen Industrien gelte das, stellt das Institut der Deutschen Wirtschaft Köln e. V. (IW Köln) in seinem Kurzbericht 40/2022 im April 2022 abschließend fest: „Niemand kann genau vorhersagen, welche Zukunft diese Betriebe dann noch in Deutschland hätten. Es wäre ein beispielloser Vorgang.“

Zum vierten Mal zeichnete in diesem Jahr der internationale Start-up Wettbewerb „Plan B – Biobasiert.Business.Bayern.“ des BioCampus Straubing die besten Geschäftsideen für biobasierte Lösungen aus.

Dr. Crnoja-Cosic, Director New Business Development, und Matthew North, Commercial Director, vertraten Kelheim Fibres bei der Preisverleihung. Der Hersteller von Viskosespezialfasern arbeitet seit Jahren mit dem BioCampus Straubing zusammen und unterstützt den Wettbewerb in diesem Jahr als Preis-Pate. In dieser Funktion gratulierte Dr. Crnoja-Cosic dem neu gegründeten Team der Microbify GmbH zum dritten Platz und überreichte einen Scheck über 3.000 Euro. Dr. Crnoja-Cosic würdigte vor allem den Ansatz, bestehende Infrastruktur innovativ umzunutzen.
Als Ausgründung aus der Universität Regensburg arbeitet Microbify unter anderem an der Nutzung alter Erdgasspeicher für die Produktion von grünem Erdgas durch extremophile Mikroorganismen.

Der Wandel von einer fossilen zu einer biobasierten Wirtschaft voranzutreiben, ist ein erklärtes Ziel von Kelheim Fibres, dessen Spezialfasern fossile Materialien in immer mehr Anwendungen ersetzen sollen. Dazu sucht der Faserhersteller in einem Open Innovation-Ansatz Inspiration und Austausch innerhalb der eigenen Branche ebenso wie mit branchenfremden Innovationspartnern, Start-ups und der Wissenschaft.