Im Teilprojekt »Green Plastics« entwickelte ein Forschungsteam die gesamte Prozesskette für die Herstellung nachhaltiger Polymere. Mehrere Institute arbeiteten dafür unter der Leitung des Fraunhofer IAP zusammen. Die Expertinnen und Experten des Fraunhofer IAP brachten ihr Fachwissen aus den Bereichen Polymersynthese, Verfahrensentwicklung und Maßstabsübertragung in das Projekt ein und leiteten das Teilprojekt.
Diamine und Dicarbonsäuren sind neben Lactamen die Basis für kommerzielle Polyamide. Im Projekt nutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mikrobielle und enzymatische Prozesse, um Diamine zu gewinnen. Die Optimierung und Skalierung dieser biotechnologischen Prozesse ist ein Kernthema von »Green Plastics«. Hierfür entwickelten die Forschenden eine Reihe neuer Ansätze und Technologien. Ausgangspunkt dieser Wertschöpfungskette ist das Formiat, das Salz der Ameisensäure. Es wird mittels einer neu entwickelten, effizienten Elektrolysezelle aus Kohlenstoffdioxid und nachhaltigem Strom hergestellt. Das Formiat agiert als Nahrungsquelle für einen mikrobiellen Stamm, welcher fermentativ Lysin produziert. Auch dieser Bakterienstamm ist eine Neuentwicklung. Anschließend wandeln Enzyme das Lysin in das Ziel-Diamin um. Mit diesem biotechnologischen Verfahren ist es möglich, klimaschädliches CO2 in den Stoffkreislauf als Wertstoff zurückzuführen. Nach der Aufreinigung mit Hilfe einer neu entwickelten Technologie aus Extraktion und Rektifikation ist das Diamin bereit für den Einsatz in der Polykondensation. Für die Materialentwicklung der neuen, nachhaltigen Polymere verwendeten die Expertinnen und Experten des Forschungsbereichs Biopolymere am Fraunhofer IAP biobasierte Dicarbonsäuren als Co-Komponente. So gelang es, einen völlig neuen Typ Polyamid aus 100 Prozent nachhaltigen Monomeren zu synthetisieren. Dieses Polyamid weist neue thermische und mechanische Eigenschaften auf und erweitert damit die Anwendungsfelder aliphatischer Polyamide. Das grüne Polyamid im Teilprojekt »Green Plastics« steht exemplarisch für eine Vielzahl an chemischen Grundstoffen, welche durch die demonstrierte Grundtechnologie »CO2-Elektrolyse in Kombination mit Biotechnologie« hergestellt werden können und zeigt so einen weiteren innovativen Weg zur »Grünen Chemie« auf.
Im Bereich der Prozessoptimierung entwickelte das Team für Polymersynthese am Fraunhofer PAZ ein neues, mehrstufiges Reaktorkonzept mit variabler Fluiddynamik und einstellbaren Verweilzeiten. Das Reaktorkonzept ermöglicht einen kontinuierlichen, sehr flexiblen Syntheseprozess, der auch für Polyestersynthesen geeignet ist. »Grüne Polyester« stellen mit ihren nachhaltigen Monomeren (biobasiert bzw. aus chemischen Recyclingprozessen) einen stark nachgefragten und wachsenden Forschungsmarkt dar.
Die chemische Industrie verfolgt das ehrgeizige Ziel, Produktionsprozesse auf erneuerbare Rohstoffe und nachhaltige Energien umzustellen. Mit dem Leitprojekt »Shaping the Future of Green Chemistry by Process Intensification and Digitalization« ShaPID unterstützt die Fraunhofer-Gesellschaft die Transformation der Branche hin zu einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Produktion – die sogenannte grüne Chemie. Auf Grundlage der international anerkannten »12 Principles of Green Chemistry« werden neue Methodiken und Technologien entwickelt sowie im technischen Maßstab praxisnah demonstriert. Das Fraunhofer-Leitprojekt startete im Januar 2021 und endete im Juni 2024.
Fraunhofer-Institut für 