Biobasierte Herstellung von Intermediaten für Polyurethane - Phase III (Bio4PURDemo)

Abstract

Für die Covestro Deutschland AG (Covestro) ist Anilin der wichtigste Rohstoff zur Herstellung des Produkts Methylendiphenylendiisocyanat und seiner Oligomere bzw. Homologe (nachfolgend summarisch: MDI), welches ein wesentlicher Ausgangsstoff für Polyurethane ist. Diese Polymere werden beispielsweise für die Herstellung von Schäumen, z.B. in energiesparenden Dämmstoffen und Matratzen, verwendet. Derzeit stellt Covestro für die Produktion von MDI über 1.000.000 t petrobasiertes Anilin pro Jahr her (Abbildung 1A). Dieses Anilin produziert Covestro in eigenen Anlagen und zählt mit einem Anteil von circa 20 % an der Weltjahresproduktion zu den führenden Herstellern. Langfristiges Ziel von Covestro ist die Entwicklung einer kostengünstigen und ökologisch vorteilhaften Synthese von Anilin aus nachwachsenden Rohstoffen bzw. Biomasse. Das so hergestellte biobasierte Anilin soll als "Drop-in"-Chemikalie, d.h. mit identischer Spezifikation zu Petro-Anilin, in die nachgeschalteten Produktionsanlagen für Polyurethane einfließen. Bisher ist für Anilin keine direkte biobasierte Synthese bis zum industrierelevanten Maßstab entwickelt worden.

Im von Covestro vorgeschlagenen Prozess können als Rohstoffquelle verschiedene nachwachsende Rohstoffe eingesetzt werden. Mögliche nachwachsende Rohstoffe sind (1) Zucker enthaltende Pflanzen wie Zuckerrüben und Zuckerrohr, (2) Stärke enthaltende Pflanzen wie Mais, Weizen und Roggen, aber auch (3) Lignocellulose aus Stroh, Holz oder Bagasse. Der verfolgte Prozess umfasst zwei katalytische Schritte (Abbildung 1B): (1) Konversion von Zucker zu Aminobenzoesäure (AB) mit Hilfe eines gentechnisch veränderten Mikroorganismus; (2) chemokatalytische Konversion zu Anilin.

Die katalytischen Schritte zur Umsetzung von nachwachsenden, biobasierten Rohstoffen zu Anilin wurden im Förderzeitraum erheblich optimiert. Im Bereich der mikrobiologischen Stammentwicklung, dem ersten Umsetzungsschritt, konnten die relevanten Performance-Kenngrößen (z.B. Titer und Ausbeute) deutlich verbessert werden. Auch im Bereich der Gesamtprozessentwicklung wurden wesentliche Fortschritte für die industrielle Nutzbarkeit des Verfahrens gemacht. So konnten die ersten Schritte des Prozesses bereits mehrmals in den industriellen Maßstab übertragen und das Zwischenprodukt AB im Tonnen-Maßstab produziert werden. Das aus diesen Kampagnen gewonnene Material wurde in den nachfolgenden Umsetzungs- und Aufarbeitungsschritten im Maßstab von mehreren Tonnen zu spezifikationsgerechtem biobasiertem Anilin weiterverarbeitet. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wurde der Gesamtprozess für größere Produktions-Maßstäbe ausgelegt. Das hergestellte Anilin wurde im Rahmen des Projektes zu MDI, und anschließend in verschieden Anwendungsfeldern getestet. Die erhaltenen Muster zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zum petro-basierten Vergleichsmustern auf. Außerdem konnte das hergestellte bio-basierte Anilin erfolgreich für die Herstellung bestimmter Fasern getestet werden.