Förderung zu Elektrosynthese auf Basis biogener Rohstoffe
Die Sicherung der Energie- und der Rohstoffversorgung ist eine wichtige Voraussetzung für die weitere wirtschaftliche Entwicklung in Deutschland. Die zentrale Aufgabe des 21. Jahrhunderts besteht darin, möglichst wenig fossilen Kohlenstoff zu verwenden. Hierzu können die Nutzung erneuerbarer Energien, die direkte Umsetzung erneuerbarer Rohstoffe sowie eine verbesserte Ressourcen- und Energieeffizienz im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft maßgebliche Beiträge leisten.
Die Bundesregierung hat mit der „Nationalen Bioökonomiestrategie“ den Weg zu einer nachhaltigeren und stärker biobasierten Wirtschaft aufgezeigt. Die Rohstoffbasis der Wirtschaft soll unter Nutzung biologischen Wissens und fortschrittlicher Technologien durch biogene Ressourcen nachhaltig und kreislauforientiert ausgerichtet werden. Ziel ist u.a. eine deutliche und anhaltende Steigerung des nachhaltig erzeugten Biomasseanteils und der Effizienz des Biomasseeinsatzes zu erreichen. Handlungsfelder sind hierbei die Gestaltung bioökonomischer Wertschöpfungsketten, die Erschließung von Wachstumsmärkten und die Unterstützung von innovativen Technologien und Produkten auf der Basis nachwachsender Ressourcen.
Im Hinblick auf eine nachhaltige Rohstoffnutzung und eine damit einhergehende zunehmende Ausrichtung auf erneuerbare Rohstoffe stellt Biomasse im Bereich der industriellen Erzeugung von Stoffen und Produkten - sowohl in der chemischen Industrie als auch in anderen Branchen - kurz- und mittelfristig die einzige nicht-fossile Kohlenstoff-Quelle dar, die bereits Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen aufweist. Bei der Nutzung von biogenen Rohstoffen wird nach der Gebrauchsphase weitgehend nur der Kohlenstoff wieder freigesetzt, der vorher beim Aufwuchs der Pflanze gebunden wurde. Durch die hohe Kreislaufrate des Kohlenstoffs wird bei einem Ersatz fossiler Rohstoffe durch Biomasse die Freisetzung von CO2 gegenüber der Nutzung fossiler Rohstoffe deutlich verringert. Die Verfahren der Umsetzung biogener Rohstoffe sind vielfältig. Eine attraktive Option unter dem Paradigma der Energiewende und der fluktuierenden Strombereitstellung aus regenerativen Quellen ist die Strom-basierte elektrochemische Konversion biogener Rohstoffe.
Die stoffliche Nutzung von Elektrizität anstelle stöchiometrischer Mengen an Oxidations- oder Reduktionsmitteln ist ökonomisch und ökologisch sehr attraktiv und stellt eine wichtige Triebkraft für die Forschungen in der Elektrosynthese dar. Elektrischer Strom als Reaktionskomponente in Synthesen eröffnet grundsätzlich die Möglichkeit, dass die Selektivität meist hoch und die Reaktionskinetik gut kontrollierbar ist. Ein signifikanter Vorteil besteht u.a. in den inhärent sicheren Prozessen, da die Reaktionen an der Elektrode stattfinden und durch Stromabschalten kein thermisches Durchgehen möglich ist. Die Aktivierung der Biomasse durch Zugabe oder Wegnahme von Elektronen ist sehr mild und vermeidet Reagenzabfälle. Die elektrochemischen Prozesse, insbesondere auf Basis biogener Rohstoffe, erfüllen einen Großteil der Kriterien der „Grünen Chemie“ und können einen Beitrag zur Flexibilisierung und Stabilisierung der Stromnetze und zum angestrebten Wandel von einer fossil-basierten zu einer bio-basierten Wirtschaft leisten.
Die Strom-basierte Konversion von biogenen Rohstoffen zur Herstellung von biobasierten Produkten ist erst in Ansätzen erforscht. Insbesondere die Elektrosynthese zu neuen Produkten und chemischen Zwischenstufen ist wenig untersucht. Der FuE-Bedarf ist hoch.
Ziel des Förderaufrufs ist die Entwicklung von biobasierten Produkten auf Basis konkurrenzfähiger, innovativer, leistungsfähiger und nachhaltiger elektrochemischer Konversionsverfahren unter Nutzung biogener Rohstoffe bzw. biobasierter Zwischenprodukte oder Plattformchemikalien.
Im Fokus der Förderung steht die Entwicklung neuer bzw. die Optimierung bekannter elektrochemischer Reaktionen zu chemischen Produkten oder Zwischenprodukten und die Synthese komplexer organischer Moleküle, aber auch Fortschritte bei der methodischen Umsetzung elektrochemischer Prozesse. Innovative Methoden sollen dazu beitragen, selektive elektrochemische Prozesse für die Synthese hochwertiger organischer Produkte zu entwickeln und diese Prozesse für technische Anwendungen hochzuskalieren. Die Kombination organischer Elektrosynthese mit der Umsetzung von erneuerbarer Biomasse wäre eine besonders nachhaltige, „grüne“ Methode zur Chemikalienproduktion. In diesem Zusammenhang sollten auch bei der Elektrosynthese nicht-umweltfreundliche Additive und Lösungsmittel vermieden werden. Wünschenswert sind 200%-Elektrolysezellen oder sehr energieeffiziente 100%-Zellen. Eine detaillierte energetische Betrachtung (Stromeffizienz und Zellspannung) ist gefordert. Auf den Einsatz von Opferelektroden oder Opferreagenzien soll in der Elektrolyse verzichtet werden.
Vollständige Richtlinie und weitere Informationen: Förderaufruf der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe