Wie nachhaltig sind Biochemikalien?
Im Zuge der Bestrebungen, eine globale biobasierte Wirtschaft aufzubauen, gewinnt die Produktion von Brennstoffen und Chemikalien auf der Basis von Biomasse in Bioraffinerien immer mehr an Bedeutung. Reststoffe aus der Agrarindustrie oder Nutzpflanzen, Siedlungsabfälle und Abfälle aus der Forstwirtschaft werden bei der Bewältigung des Klimawandels als die bedeutendsten Ausgangsstoffe für Bioraffinerien betrachtet, da sie die Ernährungssicherheit gewährleisten und zur Erzeugung nachhaltiger Rohstoffe sowie der Diversifizierung der Energiequellen eingesetzt werden können. Grundsätzlich gelten Biochemikalien als ökologisch nachhaltige Alternativen, da sie auf biologischen Ausgangsstoffen basieren. Ist das aber wirklich wahr? Laut einem Forschungsteam, das die Wichtigkeit von Lebenszyklusanalysen in zwei aktuellen Studien betonen, gibt es keine eindeutige Antwort auf diese Frage. In den Studien, die mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts BIOREFINE-2G (Development of 2nd Generation Biorefineries – Production of Dicarboxylic Acids and Bio-based Polymers Derived Thereof) durchgeführt wurden, wird hervorgehoben, dass bei der Entwicklung von Biochemikalien der gesamte Lebenszyklus eines Produkts berücksichtigt werden muss. Die Lebenszyklusanalyse ist eine weit verbreitete Methode zur Beurteilung der ökologischen Nachhaltigkeit. Dabei werden die Auswirkungen aller physikalischen und wirtschaftlichen Verfahren sowie aller Produkte, die direkt oder indirekt am Lebenszyklus der Biochemikalie beteiligt sind (von der Abtragung/Rückgewinnung der Rohstoffe bis hin zur Entsorgung durch Recycling oder Verbrennung) miteinbezogen. In einer Studie, die in der Fachzeitschrift „Nature Sustainability“ veröffentlicht wurde, erklären die Forscher: „Wir werteten Studien über Lebenszyklusanalysen auf dem Markt vertriebener Grundbiochemikalien aus, die durch mikrobielle Fermentation hergestellt werden. Die wenigen verfügbaren Studien sind aber bezüglich der Auswirkungen auf die Umwelt und der Phasen des Lebenszyklus, die sie untersuchen, nicht einheitlich und kommen daher zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen.“ Weiter heißt es: „Aussagen über die bessere Nachhaltigkeit von Biochemikalien gegenüber Chemikalien aus fossilen Rohstoffen gründen sich oft auf einen Vergleich der Auswirkungen auf die Erderwärmung, während andere Einflüsse durch die Produktion der Bio-Ausgangsstoffe nicht einkalkuliert werden. Um die Entwicklung nachhaltiger Biochemikalien voranzutreiben, empfehlen wir, dass Fachleute bei der Lebenszyklusanalyse eine größere Bandbreite an Faktoren sowie den gesamten Lebenszyklus miteinbeziehen, Normen und Leitlinien einhalten und das Problem der fehlenden Daten angehen.“ Die Wissenschaftler kommen zu dem Schluss, dass die Lebenszyklusanalyse systematisch eingesetzt werden sollte, „um direkte Forschung zu betreiben, Hotspots der Klimaauswirkungen zu ermitteln und Methoden zu entwickeln, mit denen die Gesamtauswirkung des Verfahrens abgeschätzt werden können. Somit wird die Biotechnologie vorangetrieben, da sie einen wesentlichen Beitrag zur Lösung der bestehenden Nachhaltigkeitsprobleme leisten kann.“ In einer Pressemitteilung sagt Hauptautor Ólafur Ögmundarson vom Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability: „Nur weil etwas ‚bio‘ ist, ist es nicht automatisch besser. Dabei spielen auch die Bedingungen bei der Herstellung und der Energieverbrauch in verschiedenen Phasen des Lebenszyklus eine Rolle. Deshalb müssen wir grundsätzlich den gesamten Lebenszyklus eines Produkts miteinbeziehen und auswerten, um dessen Auswirkungen zu ermitteln.“
Milchsäure
In einer Studie, die in der Fachzeitschrift „GCB Bioenergy“ veröffentlicht wurde, stellten die Forscher biochemische Milchsäure in den Mittelpunkt, die hauptsächlich für die Produktion von Biokunststoffen verwendet wird. „Wir nutzten Milchsäure als Beispiel für eine Biochemikalie, die aus Mais, Maisstroh und Makroalgen (Laminaria sp.), Ausgangsstoffen mit unterschiedlicher technologischer Reife, gewonnen wird. Wir führten eine ökologische Lebenszyklusanalyse, eine standardisierte Methode, durch, wobei wir den gesamten Lebenszyklus der analysierten biochemischen Produktionssysteme sowie ein breites Spektrum an Indikatoren für die Umweltauswirkungen miteinbezogen.“ Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass „die Durchführung umfassender Lebenszyklusanalysen der biobasierten Industrie die Möglichkeit bietet, schon in einer frühen Phase der Entwicklung von Biochemikalien ökologische Nachhaltigkeit im Entscheidungsfindungsprozess aktiv zu integrieren und in den Vordergrund zu stellen.“ Das Projekt BIOREFINE-2G endete im September 2017. Es entwickelte neuartige und für die Kommerzialisierung interessante Verfahren zur Umwandlung pentosehaltiger Nebenströme aus Bioraffinerien in Biopolymere. Weitere Informationen: BIOREFINE-2G-Projektwebsite
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