Chemie

Schätzungen zufolge fallen in der gesamten Europäischen Union jährlich mehr als 900 Millionen Tonnen Restbiomasse an. Nur ein kleiner Teil davon wird verwertet und zum Beispiel in Biogasanlagen vergoren. Der Großteil, rund 98 %, landen auf Deponien, in Verbrennungsanlagen oder auf Müllkippen. Doch das soll sich nun ändern.

Ob beim Bau von Gebäuden, beim Abbau und Transport von Rohstoffen oder bei der Herstellung von Baustoffen wie Beton: Die Bauwirtschaft verursacht enorme Mengen an Treibhausgasen und verbraucht laut Umweltbundesamt mehr als 70 % aller in Deutschland abgebauten Rohstoffe. Um Ressourcen und Umwelt gleichermaßen zu schonen, gewinnen nachwachsende Baustoffe wie Holz, Stroh oder Hanf zunehmend an Bedeutung.

Ob in Kosmetika, Wasch- oder Reinigungsmitteln: Wenn es um Schmutzbekämpfung geht, sind Tenside allgegenwärtig. Meist werden sie aus Erdöl hergestellt. Die oberflächenaktiven Moleküle sollen aber nicht nur wirksam und hautverträglich, sondern auch umweltfreundlich und biologisch abbaubar sein. Nachwachsende Rohstoffe rücken daher zunehmend in den Fokus der Tensidproduktion. An der Technischen Hochschule Köln wollen Forschende Pflanzenöle als Ausgangsstoff nutzen und so die waschaktiven Substanzen umweltfreundlicher machen.

Biokunststoffe liegen im Trend. Vor allem in der Verpackungsindustrie werden fossile Rohstoffe zunehmend durch biobasierte Alternativen ersetzt. Dennoch machen Biokunststoffe weniger als ein Prozent der weltweit jährlich mehr als 367 Millionen Tonnen produzierten Kunststoffe aus, wie Marktdaten von European Bioplastics aus dem Jahr 2022 zeigen. Dass Biokunststoffe noch ein Nischendasein führen, liegt auch an den meist noch höheren Produktionskosten. Das wollen Forschende der Universität Magdeburg ändern.

Stickstoff ist ein wichtiger Nährstoff für alle Lebewesen. Unsere Atmosphäre ist voll davon, doch die einzigen Lebewesen, die diesen Stickstoff direkt binden und nutzen können, sind einige Mikroorganismen. Sie verwenden dazu bestimmte Enzmye, sogenannte Nitrogenasen. Forschende interessieren sich jedoch noch aus einem zweiten Grund für diese Enzyme: Nitrogenasen können Kohlendioxid und Kohlenmonoxid binden und daraus Methan oder Ethylen bilden. Problematische Abfallstoffe werden so zu wertvollen chemischen Ressourcen.

Das Molekül Acetyl-CoA entsteht als Zwischenprodukt in fast allen zellulären Stoffwechselprozessen und ist ein wichtiger Baustein für die Herstellung vieler lebenswichtiger Biomoleküle wie Biokraftstoffe, Biomaterialien und Medikamente. Der in der Natur etablierte Stoffwechselprozess nutzt dazu das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂) und ist damit maßgeblich an der Umwandlung des Klimagases beteiligt.

Sie sind klein, leicht und langlebig und deshalb äußerst beliebt: Lithium-Ionen-Batterien. Nicht nur in vielen elektronischen Geräten wie Handys, Laptops oder Digitalkameras sind die leistungsstarken Energiespender zu finden. Auch die Automobilindustrie setzt bei der Produktion von Elektroautos meist auf Lithium-Ionen-Batterien. Das Problem: Lithium ist nur begrenzt verfügbar und muss importiert werden. Auch der Abbau des Rohstoffs ist oftmals problematisch für Mensch und Umwelt.

Pflanzen besitzen die Fähigkeit, durch Photosynthese Kohlendioxid aus der Luft zu binden. Gleiches gilt für Algen und Bakterien, die durch die photosynthetische CO₂-Fixierung, den so genannten Calvin-Zyklus, jährlich rund 70 Gigatonnen Kohlenstoff binden und damit der Atmosphäre entziehen. Die Stoffwechselwege der Mikroorganismen, die diese beeindruckende Leistung vollbringen, stehen im Mittelpunkt der Forschung von Tobias Erb.