Green plastics

Weltweit werden jährlich mehr als 350 Mio. Tonnen Kunststoffe produziert. Allein der Verzicht auf fossile Rohstoffe bei der Herstellung dieser Polymere würde zu einer mehr als signifikanten Reduktion von Treibhausgasemissionen führen. Im Teilprojekt 5 soll am Beispiel einer C1-basierten Wertstoffkette zur Herstellung nachhaltiger Polykondensationsprodukte das effektive Zusammenwirken der Kompetenzfelder Grüne Katalysetechnik, Smarte Prozesstechnik mit dem Schwerpunkt kontinuierliche Verfahren in modularer Bauweise und Prozessintelligenz (Schwerpunkt Sensorik und Simulation) aufgezeigt werden. Die gewonnenen Daten finden Eingang in die Prozessimplementierung mit z. B. der Green metrix und der Definition von nachhaltigen Standards. Als CO₂-neutrale Kohlenstoff-Quellen werden die elektrokatatytische Formiatproduktion aus CO₂ sowie biogene Reststoffe adressiert. Auf diese Weise soll eine Unabhängigkeit von schwankenden Rohstoffverfügbarkeiten garantiert und die technische Realisierbarkeit des modularen Charakters der Gesamttechnologie demonstriert werden. Die Synthese der Monomerbausteine erfolgt mittels Biokatalyse in neuartigen Flow-Reaktoren. Der Übergang von satzweiser Fermentertechnik in ein kontinuierliches Verfahren stellt eine prinzipiell neue Qualität der Biotechnologie dar. Die sich anschließende Aufreinigung soll mittels parallelisierbarer (und damit skalierbarer) Module durchgeführt werden. Aufgrund der CAROTHERschen Regel müssen hier Reinheiten der Zielprodukte im Bereich von mehr als 99% erzielt werden, anderenfalls werden keine ausreichenden Polymerisationsgrade (= mechanischen Eigenschaften) in der anschließenden Polykondensation erhalten. Ziel der Materialentwicklung ist es, grundlegende Anforderungen an die Syntheseprozesse zu erarbeiten, die neuartigen Copoly(ester)amide hinsichtlich physikochemischer Parameter sowie mechanischer und ggf. optischer Eigenschaften zu charakterisieren und basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen erste Eingrenzungen potenzieller Applikationsfelder vorzunehmen. In der finalen Polykondensationstechnologie soll das kinetisch vorteilhaftere laminare Strömungsprofil im Vergleich zum Stand der Technik deutlich eher im Prozess realisiert werden; damit werden höhere Raum/Zeit-Ausbeuten möglich, gleichzeitig verbessert sich die Energieeffizienz des Gesamtprozesses. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Auslegung des Finishers hinsichtlich seiner Mischelemente mit dem Ziel die Polykondensation möglichst ausschließlich in der Schmelze durchzuführen. In diesem Fall kann die energetisch ungünstige Solid State Technologie - zumindest für die Hauptzahl der Produkte - vermieden werden.