In der Industrie wie auch im Alltag fallen täglich riesige Mengen an kohlenstoffreichen Restströmen an. Das in ihnen schlummernde Potenzial wird bislang kaum stofflich genutzt. Dabei sind Reststoffe wie Haushalts- und Gewerbeabfälle, Klärschlämme oder industrielle Abwässer vielversprechende Quellen für die Herstellung biobasierter Grundstoffe für die chemische Industrie. Zu diesen kohlenstoffreichen Abfällen gehört auch Altfett, das in Restaurants und Imbissbuden in großen Mengen anfällt. Das Frittenfett biotechnologisch so zu veredeln, dass daraus neue hochwertige Schmierstoffe entstehen, war Ziel eines Teilprojektes im Rahmen der strategischen Allianz „Zero Carbon Footprint“ (ZeroCarbFP).
Hochwertige Produkte aus Abfallströmen
Die Allianz bringt ein Dutzend Partner aus verschiedenen Industriezweigen und akademischer Forschung zusammen. Der seit 2012 existierende Verbund forscht dabei über neun Jahre mit einem Budget von bis zu 48 Mio. Euro, die Hälfte steuert das BMBF im Rahmen der „Innovationsinitiative industrielle Biotechnologie“ bei. Die Allianz, die in der ersten Phase von der Emschergenossenschaft koordiniert wurde, stellt aus den kohlenstoffreichen Abfallströmen mithilfe von Mikroorganismen und Enzymen hochwertige Produkte her. Zu der erforschten Produktpalette zählen beispielsweise Enteisungs- und Kühlmittel, Öle und Basischemikalien für die Kunststoffindustrie und Hochleistungsadditive für Schmierstoffe. Das Teilprojekt „Schmierstoffadditive aus kohlenstoffreichen Abfallströmen“ wurde in den Jahren 2013 bis 2016 vom BMBF mit knapp 722.000 Euro gefördert.
Fette und Öle im Altfett nutzen
„Zunächst mussten wir entscheiden, aus welchen Abfallströmen geeignete Grundstoffe gewonnen werden können. Wir sind da auf Altspeisefett gekommen, da diese Abfallströme weitgehend noch die natürlichen Fette und Öle enthalten, aus denen sie hergestellt wurden“, erklärt Rolf Luther vom Mannheimer Schmierstoffunternehmen Fuchs Schmierstoffe GmbH. In dem Zwingenberger Biotechnologie-Unternehmen BRAIN AG fand der Schmierstoff-Spezialist einen Partner, um auf sanfte Weise die im Frittenfett enthaltenen Substanzen zu selektieren und zu veredeln.
Mit Enzymen Fettsäureketten modifizieren
„Wir haben nach natürlichen Enzymen gesucht und wollten damit Fettsäureketten modifizieren. Deshalb haben wir zunächst geschaut, welche Moleküle im Altfett besonders geeignet sind und haben daraus Zielmoleküle abgeleitet“, erläutert Luther. In einem ersten Schritt wurden dafür die Fettmoleküle aufgespalten und diese im zweiten Schritt mithilfe von Mikroorganismen aus der Sammlung von BRAIN enzymatisch modifiziert.
Strategische Allianz „ZeroCarbFP“
Partner aus der Industrie:
Emschergenossenschaft (Koordination); BRAIN AG, Fuchs Schmierstoffe GmbH, Enzymicals AG, BioEton GmbH, Ceritech AG, Südzucker AG.
Partner aus der akademischen Forschung:
TU Darmstadt, RWTH Aachen, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Goethe-Universität Frankfurt/Main, Helmholtz Institut für Umweltforschung (UFZ) Leipzig.
Breite Einsatzpalette bedienen
Schmierstoffe sollen zumeist Reibung und Verschleiß mindern, beispielsweise Motoren oder Getriebe vor Schäden schützen und den Kraftstoffverbrauch reduzieren. Daher werden dem Grundöl sogenannten Additive beigemischt, die dem Öl bestimmte technische Eigenschaften verleihen. Für Luther und sein Team bestand die Herausforderung, Zielmoleküle zu finden, die nicht nur für ein Produkt, sondern möglichst viele Einsatzfelder geeignet sind. Aber nicht nur das: „Wir wollten das nicht wie in der konventionellen Chemie machen, wo man am Anfang des Produktionsprozesses alles aufreinigt. Das ist aufwendig und der Grund, warum die klassische Chemie ungern Abfallströme anfasst“, erklärt Luther.
Hohes Marktpotenzial
Aus der Vielzahl der gescreenten Moleküle erwiesen sich zehn Moleküle als vielversprechend, um daraus neue Schmierstoff-Zusätze zu entwickeln als auch vorhandene zu verbessern. Um welche Kandidaten für welche Anwendungen es sich dabei konkret handelt, verrät Luther noch nicht. „Die Entwicklung könnte einen recht großen Markteinfluss haben“, sagt der Physiker. Er weist darauf hin, dass es sich dabei teils um Produkte handelt, die es so noch nicht in marktgerechten Mengen gibt.
Zweite Förderphase läuft
Im Ergebnis der ersten Förderphase konnte das Team um den Mannheimer Schmierstoffexperten im Labor einen vielversprechenden Syntheseweg für die enzymatische Herstellung neuer Schmierstoffadditive etablieren. „Jetzt sind wir in der Up-scaling-Phase. Hier werden wir die in der ersten Phase identifizierten Abfallströme und Zielmoleküle auf ein höheres Volumenniveau bringen und an Maschinen prüfen“, so Luther. In der seit Oktober 2016 laufenden zweiten Förderphase geht es darum, die Bioverfahren marktfähig zu machen. Im Rahmen der strategischen Allianz „ZeroCarbFP“ werden Rolf Luther und sein Team für drei weitere Jahre vom BMBF mit 600.000 Euro unterstützt.
Die Zielmoleküle können sowohl in konventionellen, weitgehend mineralölbasierten Schmierstoffen eingesetzt werden wie auch in besonders umweltverträglichen Bioschmierstoffen. Noch ist deren Marktanteil mit etwa vier Prozent in Deutschland eher gering. Im Rahmen von „ZeroCarbFP“ will das Team um Rolf Luther beweisen, dass sich die Herstellung und der Einsatz biobasierter Schmierstoffe lohnt und diese im Hinblick auf ihre Funktionalität konventionellen erdölbasierten Produkten teils sogar überlegen sind.
Autorin: Beatrix Boldt
