Forschende der RWTH Aachen, der Max-Planck-Gesellschaft und der Covestro AG wurden für Kunststoffe auf Basis von CO2 nominiert.

Dr. rer. nat. Christoph Gürtler und Dr. rer. nat. Berit Stange (Covestro Deutschland AG, Leverkusen) sowie Prof. Dr. rer. nat. Walter Leitner (Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion, Mülheim an der Ruhr und RWTH Aachen)

Die drei Nominierten haben ein katalytisches Verfahren entwickelt, mit dem sich Kohlendioxid aus Abgasen zu marktfähigen Kosten als Ausgangsmaterial für die chemische Industrie nutzen lässt. Damit können Vorprodukte für die Herstellung vieler verschiedener Alltagsgegenstände wie Matratzen, Bodenbeläge und Textilien ressourcen-, energie- und klimaschonend gewonnen werden. In einer Pilotanlage hat das Verfahren bereits seine Eignung für den Einsatz in industriellem Maßstab unter Beweis gestellt.

CO2 wird in der Öffentlichkeit kontrovers betrachtet. Während die meisten darin vor allem ein klimaschädliches Treibhausgas sehen, verstehen Professor Walter Leitner, Dr. Christoph Gürtler und Dr. Berit Stange CO2 als Quelle für Kohlenstoff, einem Baustein der meisten Kunst- und Treibstoffe. Leitner ist Inhaber des RWTH-Lehrstuhls für Technische Chemie und Petrolchemie und Direktor am Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion. Gürtler verantwortet den Bereich Neue Verfahren und Produkte bei der Covestro AG und Stange ist dort Leiterin Kreislaufwirtschaft Polyurethane. Die Chemikerin und ihre Kollegen haben eine Methode entwickelt, CO2 in der Kunststoffproduktion zu nutzen. Für dieses katalytische Verfahren und die ersten erzeugten Produkte sind sie nun für den Deutschen Zukunftspreis 2019 nominiert worden. In der Endrunde dieser prestigeträchtigen Auszeichnung stehen sie im Wettbewerb mit zwei weiteren Teams und präsentierten ihre Innovation heute im Deutschen Museum in München. Der Deutsche Zukunftspreis wird am 27. November in Berlin von Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier vergeben.

Mit dem neuen Verfahren kann ein Teil des Erdöl-basierten Rohstoffs für die chemische Produktion durch CO2 ersetzt werden. Bereits jetzt können in einer Pilotanlage der Covestro AG jährlich bis zu 5.000 Tonnen Polyol hergestellt werden. Diese Substanz wird zu Polyurethanen weiterverarbeitet, die beispielsweise als Schaumstoffe in Matratzen Verwendung finden. Weitere Anwendungen von Polyurethanen sind zum Beispiel als Weichschäume in Autositzen oder als Hartschäume in Dämmmaterialien. Ermöglicht wurde die CO2-Nutzung aufgrund eines Durchbruchs in der Katalyseforschung, wie Professor Leitner erläuterte: „CO2 geht nur sehr mühsam chemische Verbindungen mit anderen Substanzen ein. Die Herausforderung war, einen maßgeschneiderten Katalysator zu entwickeln, um die Reaktion so zu steuern, dass sie wirtschaftlich und effizient ist.“ Ein Katalysator bringt die Reaktionspartner dazu, Verbindungen einzugehen, indem er die Aktivierungsenergie für die Umwandlung senkt und diese in eine gewünschte Richtung steuert. Für den Einbau von CO2 in das Polyol haben die Experten von Covestro und dem Catalytic Center CAT, einer gemeinsamen Einrichtung der RWTH und der Covestro AG, einen geeigneten Katalysator gefunden – für Leitner eine „mustergültige Kooperation von anwendungsorientierter Grundlagenforschung und forschungsbasierter Industrie“.

Auch RWTH-Rektor Ulrich Rüdiger freut sich über die erfolgreiche Kooperation: „Die Forschungsaktivitäten von Professor Leitner zur katalytischen Umwandlung von Kohlenstoffdioxid sind wie ein Kondensat der Exzellenzstrategie der RWTH mit dem Leitsatz ‚Knowledge. Impact. Networks‘ und somit ein Paradebeispiel unserer universitären, außeruniversitären und industriellen Forschung. Ebenso wie die Hochschulstrategie den Wissensschaffungsprozess und seinen Transfer in integrierte und interdisziplinäre Netzwerke beschreibt, schafft Leitner mit seinen Innovationen substanzielles Wissen, das mit einem enormen Impact auf Wissenschaft, Gesellschaft und Klima einhergeht.“

Wertschöpfungspotenzial für die Industrie

Durch diese Technologie kann auch der Kohlenstoffkreislauf weiter geschlossen werden. „Wir sehen in der CO2-Nutzung beträchtliches Wertschöpfungspotenzial für die Industrie“, sagte Gürtler. Mit vielen Detailentwicklungen gelang es, das Verfahren nachhaltiger zu gestalten. Des Weiteren lassen sich durch den dosierten Einbau von CO2 die Eigenschaften des Produktes verbessern. „So ergibt die Innovation nicht nur ökologisch, sondern auch ökonomisch Sinn“, sagte Stange.

Das CO2-basierte Produktionsverfahren eröffnet auch eine Perspektive über die Herstellung von Polyolen und Polyurethanen hinaus. „Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, CO2 als Rohstoff zu nutzen und damit den CO2-Fußabdruck der chemischen Industrie zu reduzieren“, sagte Leitner. „Nach diesem Muster wollen wir weitere chemische Prozesse unabhängiger von fossilen Rohstoffen machen. Dieses Ziel spornt uns zu weiterer Grundlagenforschung auf dem Gebiet der katalytischen CO2-Umwandlung an.“