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Erdölderivate werden für die Herstellung aller möglichen Güter verwendet: Kunststoffe, Textilien, Smartphones, Möbel, Aromastoffe – wie Vanillin – und zahlreiche weitere wie Kosmetika, Waschmittel und Pharmazeutika. «Jeder weiss, dass die Freisetzung grosser Mengen fossiler Kohlenstoffe in die Luft ein Hauptfaktor für die globale Erwärmung ist. Den meisten Menschen ist jedoch nicht bewusst, wie abhängig wir von fossilen Brennstoffen sind und wie dringend wir all diesen Emissionen ein Ende setzen müssen», sagt Rémy Buser, CEO von Bloom Biorenewables, einem Spin-off der EPFL.
Geleitet von dieser Überzeugung und der Entschlossenheit, den Kohlenstoffausstoss zu reduzieren, arbeiten Buser und sein Co-Gründer und COO des Unternehmens, Florent Héroguel, sowie ihr Team hart daran, eine ursprünglich an der EPFL entwickelte Technologie schnell auf den Markt zu bringen. Ihre Entdeckung würde es Herstellern ermöglichen, erneuerbaren Kohlenstoff aus Biomasse als Ersatz für Erdöl zu nutzen, insbesondere für die Herstellung von Verpackungskunststoffen, Parfüm und Biokraftstoffen für die Schifffahrt. Das Kapital in Höhe von 3,9 Millionen Euro, das das Unternehmen kürzlich erhielt, stellt wichtige Ressourcen für die Geschäftsentwicklung dar und ist ein Zeichen der Anerkennung durch Branchenexperten auf der ganzen Welt. Die Finanzierungsrunde wurde von Breakthrough Energy Ventures-Europe (BEV-E) geleitet, einem neuen europäischen Fonds, der von einem Konsortium um Bill Gates ins Leben gerufen wurde. BEV-E unterstützt Start-ups, die «visionär, kühn und auf eine globale Strategie zur Kohlenstoffreduzierung fokussiert» sind.
Obwohl Alternativen zur Nutzung von Erdöl als Energiequelle in den Vordergrund rücken, gibt es derzeit keine kosteneffizienten, nicht-fossilen Kohlenstoffquellen, die es in fabrizierten Materialien ersetzen könnten. Hersteller, die sich nicht auf fossile Brennstoffe verlassen wollen, sehen sich mit zwei möglichen Lösungen konfrontiert: die Nutzung des Kohlenstoffs, der im atmosphärischen CO2 enthalten ist – der allerdings in seiner dispergierten Form schwer abzuscheiden ist – oder die Extraktion von Kohlenstoff aus Biomasse. Derzeit kann nur Zellulose, die etwa 40 % des Gesamtgewichts der Biomasse ausmacht, zurückgewonnen werden; sie wird in Form von Fasern extrahiert, die z. B. zur Papierherstellung verwendet oder zu Bioethanol veredelt werden können. Der Rest wird entweder verbrannt oder entsorgt. Mit der Technologie von Bloom Biorenewables können die anderen Bestandteile der Biomasse, nämlich Lignin und Hemizellulose, intakt zurückgewonnen werden. Die möglichen Anwendungen sind vielfältig und würden es den Herstellern ermöglichen, fast 75 % dieser umweltfreundlichen Ressource zu nutzen.
Einsatz von Biokunststoffen als Ersatz für Polypropylen
Lignin und Hemizellulose sind Polymere, die in starren Pflanzenzellwänden vorkommen. Zusammen machen sie etwa 30-40 % der Biomasse einer Pflanze aus. Die Energiedichte von Lignin ist 30 % höher als die von Zellulose. Bislang war einer der Stolpersteine bei der Verwendung von Lignin seine lästige Tendenz, sich während der Verarbeitung zu zersetzen. Forschende des Laboratory of Sustainable and Catalytic Processing (LPDC) der EPFL haben 2016 eine Methode entwickelt, die dieses Problem durch Zugabe eines Aldehyds löst: «Aldehyde – die einfach, kostengünstig und umweltfreundlich hergestellt werden können – stabilisieren das Lignin und die Hemizellulose und verhindern, dass sie zerfallen», sagt Héroguel. So können die beiden Komponenten getrennt voneinander extrahiert (und genutzt) werden.
Insbesondere aus Hemizellulose lassen sich verschiedene Arten von Biokunststoffen herstellen, darunter auch Verpackungsmaterialien, die Polypropylen ersetzen sollen: «Eines der Ziele des Circular Economy Action Plan – ein Fahrplan der EU, um bis 2050 Klimaneutralität zu erreichen – ist es, nachhaltige Verpackungen und andere Kunststoffprodukte verbindlich vorzuschreiben und die Herstellerverantwortung zu stärken», sagt Buser. Grosse Unternehmen, vor allem Lebensmittelhersteller, haben sich bereits auf diesen Weg gemacht. Und der Markt für nachhaltige kohlenstoffbasierte Materialien ist genauso gross wie der für ihre fossilen Pendants: «Nehmen Sie zum Beispiel Textilien. Dank der grünen Chemie, die auf umweltschädliche Stoffe verzichten will, kann Lignin als Rohstoff für Parfüm und Aromen eingesetzt werden.»
«Mit unserer Technologie können Hersteller nachhaltige, zirkuläre Produkte herstellen», sagt Héroguel. Der Vorteil von «grünem» Kohlenstoff ist, dass er sich in den natürlichen Kreislauf der Erde einfügt und die Ungleichgewichte verhindert, die durch die Entnahme des seit zig Millionen Jahren vergrabenen Kohlenstoffs entstehen und die massgeblich für die globale Erwärmung verantwortlich sind.
Mit den 3,9 Millionen Euro Fördergeldern kann Bloom Biorenewables zusätzliche Mitarbeitende einstellen und ein eigenes Forschungs- und Entwicklungszentrum in der Nähe von Lausanne aufbauen, um die Produktion hochzufahren und Hersteller für den neuen Rohstoff zu gewinnen.