Aachen: RWTH-Chemiker packen Treibhausgas in Matratzen

Aachen: RWTH-Chemiker packen Treibhausgas in Matratzen

Wenn im Laufe des Jahres im Covestro-Werk in Dormagen eine neue Form der Chemikalie Polyol produziert wird, dann wird eine einst kühne Vision tatsächlich Realität. Denn dann wird Kohlenstoffdioxid (CO2), also schädliches Treibhausgas, als Rohstoff in großem Stil zum Tragen kommen.

Denn Polyol, eine Substanz, in deren Struktur CO2 nun eingebaut werden kann, ist die Basis für Weichschaum (Polyurethan-Schaum), aus dem Matratzen oder auch Autositze hergestellt werden. Ganz plakativ lässt es sich also formulieren: Es werden Matratzen mit Treibhausgas hergestellt.

Eine gemeinsames Projekt von Hochschule und Industrie: Jens Langanke vertritt bei der „Dream Reaction“ die Firma Covestro (ehemals Bayer Material Science), Afzal Subhani die Chemiker der RWTH Aachen. Foto: Andreas Steindl

Ganz so einfach ist es natürlich nicht. Das weiß Professor Walter Leitner, denn der Chemiker und sein Team stecken hinter der Forschung, die CO2 an dieser Stelle vom Schadstoff zum Rohstoff macht. Leitner führt den Lehrstuhl für Technische Chemie und Petrolchemie am Institut für Technische Chemie und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen. Das, was sich dort abspiele, sei Grundlagenforschung, erklärt er. Aber solche, die das Potenzial hat, bei einem Industriepartner am Ende auch umgesetzt zu werden.

Polyol für Matratzen ist ein modellhaftes Beispiel dafür. Die Wiege des Ganzen steht sozusagen im Katalyse-Forschungszentrum CAT, das 2007/2008 gemeinsam mit Covestro, die damals noch Bayer Material-Science hieß, gegründet wurde. Auf 400 Quadratmetern Laborfläche forschen 30 Wissenschaftler, die meisten sind sogenannte Post-Docs, sprich: sie haben vor nicht allzu langer Zeit promoviert und dürfen sich Dr. nennen. Es ist eine sehr internationale Mannschaft.

Afzal Subhani etwa kommt aus Pakistan, ein prestigeträchtiges Humboldt-Stipendium hat ihn nach Deutschland geführt. Und es ist eine Mannschaft, die gemeinsam von der RWTH und von Covestro bestückt wird. Jens Langanke, der mit Subhani Hand in Hand arbeitet, steht mittlerweile in Diensten des Industriekonzerns. Es gibt einen alles überragenden Grund, warum sich ein Unternehmen wie Covestro in einer Hochschule wie der RWTH engagiert: „So grundlegend neue Sachen zu suchen und zu entwickeln, ist nur an der Universität möglich“, sagt Langanke.

Ein akademischer Traum

Was dort schlussendlich passiert ist, ist für Nicht-Chemiker nicht so einfach zu begreifen. Vereinfacht lässt es sich so ausdrücken: Die Forscher haben CO2 in die Struktur der Polyole eingebaut. Diese kann man sich wie bei allen Kunststoffen als lange Kette vorstellen, in deren Glieder CO2-Moleküle mit Hilfe eines sogenannten Katalysators eingefügt wurden. Das CO2 steckt also am Ende nicht wie Luft in den Poren des Schaums, sondern ist in dessen festen Strukturen gebunden.

Eine solche Bindung wurde lange als akademischer Traum beziehungsweise als unmöglich betrachtet. Das, was die Chemiker am CAT machen, nennen sie eine „Dream Reaction“, also eine Reaktion, von der bislang nur geträumt wurde. Jetzt ist es kein Traum mehr. Die Anlagen für die Produktion stehen in Dormagen bereit, um in Kürze die Produktion aufzunehmen.

Bislang wurde für die Polyol-Herstellung Erdöl als Rohstoff genutzt. Dies kann sich Covestro künftig teilweise sparen, weil es durch die CO2-Moleküle ersetzt wird. Mehr noch: Das CO2 für die Produktion im Werk in Dormagen ist ein Nebenprodukt, das bei einer anderen Firma vor Ort bei der Herstellung von Ammoniak entsteht. Es liegt in rauen Mengen vor und findet nun eine sinnvolle Verwendung. Das ist ganz im Sinne von Walter Leitner und seinem Team. Denn ihnen geht es vor allem um Nachhaltigkeit. Und zwar Nachhaltigkeit in all ihren Dimensionen: ökologisch, ökonomisch und auch gesellschaftlich, denn mit der Polyol-Produktion werden auch Arbeitsplätze verbunden sein.

„Wir forschen an Fragestellungen, von denen wir überzeugt sind, dass die Welt die Antworten wirklich braucht“, sagt Leitner. Und weil die Welt gute Matratzen braucht, auf der die Menschen komfortabel liegen können, galt es am Ende der Entwicklung, die richtige Mischung aus den petrochemischen Bausteinen und dem CO2 zu finden.

Es reichte nicht, möglichst viel CO2 am Ende in die Matratze zu stecken. Dann wäre der Weichschaum nicht mehr brauchbar gewesen. Es ging nicht um die maximale sondern um die optimale Menge. Und so stecken nun 10 bis 20 Prozent CO2 perfekt kontrolliert und dauerhaft gebunden im Matratzenschaum.

Den Fußabdruck verringern

Dass die Polyol-Produktion mit CO2 den weltweiten Treibhauseffekt direkt maßgeblich verringert, kann nicht behauptet werden. Die Weltjahresproduktion von Kunststoffen liegt bei etwa 300 Millionen Tonnen. Dem entgegen stehen 32 Milliarden Tonnen CO2, die laut Internationaler Energie-Agentur 2014 weltweit ausgestoßen wurden. Und dann darf nicht vergessen werden, dass die Matratzen vermutlich irgendwann in der Müllverbrennungsanlage landen und das CO2 dann doch noch in der Atmosphäre landet.

Den Mehrwert für die Umwelt und das Klima gibt es aber dennoch — an anderer Stelle, wie Leitner betont: „Was wir erreichen können, ist unseren CO2-Fußabdruck zu reduzieren, in dem wir weniger Erdöl fördern.“ Eine Analyse des von Professor André Bardow geleiteten Lehrstuhls für Technische Thermodynamik der RWTH hat dementsprechend ergeben, dass mit dem neuen Verfahren der Verbrauch fossiler Rohstoffe wie Erdöl am Ende um 10 bis 20 Prozent reduziert werden kann.

Und dies nahezu in Rekordzeit, denn in der Polymerchemie dauern Entwicklungen schnell zehn Jahre und mehr. Knapp sieben Jahre sind in diesem Fall von den ersten Forschungen bis zu einem ganzen Stapel Patente vergangen. Und das macht Lust auf mehr: Hartschaum für Gebäude, Spezialkunststoffe für Sportartikel oder die Automobilindustrie.

Im CAT wird gemeinsam von RWTH und Covestro auch daran gearbeitet. „In der Forschung am Lehrstuhl gehen wir sogar noch weiter, und versuchen, CO2 auch für die Herstellung anderer Chemieprodukte und für Kraftstoffe zu nutzen“, erläutert Leitner. Vielleicht werden auch einige dieser Träume Realität, ein Anfang ist jedenfalls gemacht.

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