Nachwachsende Rohstoffe

Gliederung

I. Vorwort

II. Was sind nachwachsende Rohstoffe?

III. Einige ausgewählte Anwendungsbereiche nachwachsender Rohstoffe IV. Nachwachsende Rohstoffe als Energieträger

V. Nachwachsende Rohstoffe als natürliche Heilmittel

VI. Holz als primär nachwachsender Rohstoff - wertvoller Baustoff und Energielieferant VII. Herstellung von Papier aus nachwachsenden Rohstoffen

VIII. Nachwachsende Rohstoffe zur Herstellung von Kunststoffen

IX. Vor- und Nachteile von nachwachsenden und fossilen Brennstoffen

X. Schlussfolgerung

XI. Quellen- und Literaturverzeichnis

I. Vorwort

Die Idee zu dieser Arbeit hatte ich nach einem Gespräch mit meinem Vater, der zu diesem Thema auf einer MNU - Tagung in Halle Kontakt hatte und das große allgemeine Interesse bemerkte.

Die ,,Nachwachsenden Rohstoffe" erlangten in den letzten Jahren eine immer größere Bedeutung, da die fossilen Bodenrohstoffe, wie Kohle, Erze, Erdöl und Erdgas, in absehbarer Zeit zu Ende gehen.

Ich versuche mit dieser Arbeit den Begriff ,,nachwachsende Rohstoffe" etwas näher zu beleuchten und deren Bedeutung für die Zukunft an einigen Beispielen zu veranschaulichen.

II. Was sind nachwachsende Rohstoffe?

Neben den allseits bekannten Rohstoffen, wie Kohle oder Eisenerz, begegnen uns täglich eine Vielzahl an nachwachsenden Rohstoffen. Zu denen gehören Pflanzenöl, Holz, Zucker und Maisstärke, aber auch Tenside, Papier, Lacke oder Kunststoffe.

Die Begriffserklärung ,,Nachwachsende Rohstoffe" ist nicht ganz einfach, da oftmals alle Quellen für organische Rohstoffe mit nicht fossilem Ursprung darunter verstanden werden. Aus diesem Grund führte man zusätzliche Begriffe, wie ,,Industriepflanze" und ,,Energiepflanze" ein, die bei der Darstellung helfen.

Industriepflanzen sind Kulturpflanzen mit einer Lebensdauer von ein bis zwei Jahren und dienen zur gezielten Rohstofferzeugung für die Industrie.

Werden jedoch Pflanzen ausschließlich zur energetischen Nutzung kultiviert, so spricht man von Energiepflanzen.

Die Produkte dieser Pflanzenarten nennt man dann nachwachsende Rohstoffe. Dennoch werden die meisten dieser Pflanzen als Nahrungsmittel und Futterpflanzen genutzt, aber auch als Rohstoffpflanzen für die chemische Industrie oder zur Energiegewinnung.

Für den normalen Verbraucher lassen sich diese Rohstoffe so definieren:

,,Nachwachsende Rohstoffe sind, land- oder forstwirtschaftlich erzeugte Produkte, die einer Verwendung im Nichtnahrungsbereich zugeführt werden. Sie können stofflich und energetisch genutzt werden."

Ihre Nutzung dient den Menschen schon seit Jahrtausenden. Wir nutzen sie als Baustoffe, Werkstoffe oder zu Bekleidungszwecken.

Um den Nutzen dieser Pflanzen zu veranschaulichen hier noch einige Beispiele:

1. Man nutzt Baumharze und Holzteer zum Imprägnieren und Abdichten von Behältern oder Schiffen.
2. Die Naturfasern, wie Flachs, Jute oder Hanf, nutzen die Menschen für Kleidung oder Seile.
3. Es werden Seifen und Kerzen aus diesen Rohstoffen hergestellt und die moderne Technologie ist heute in der Lage sogar Raps in Kraftstoff (Biodiesel) umzuwandeln.

Ein Beispiel dafür finde ich mit der Tankstelle in Schochwitz in meiner unmittelbaren Umgebung.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts verloren jedoch die nachwachsenden Rohstoffe an Bedeutung. So wurde, zum Beispiel nach dem zweiten Weltkrieg, der Anbau um 40 Nutzpflanzen reduziert. Davon waren 30 Industriepflanzen.

III. Einige ausgewählte Anwendungsbereiche nachwachsender Rohstoffe

Die Suche nach nachwachsenden Rohstoffen dürfte uns nicht schwer fallen, da sie in vielen Bereichen des Lebens verwendet werden.

Hier nun eine kleine Auswahl über die Verarbeitung und Nutzung nachwachsender Rohstoffe:

Der pflanzliche Rohstoff Baumwolle ist am bedeutendsten für die Menschheit, da er im erheblichen Maße in der Textilindustrie genutzt wird. Sie wird aus dem Samenhaaren des Baumwollstrauches gewonnen. Zusätzlich verleiht man ihr noch Festigkeit und Glanz durch Natronlauge (Mercerisation = Behandlung der Baumwolle mit kalter Natronlauge).

Chemisch gesehen, besteht Baumwolle aus 90% Cellulose.

Auch Papier ist ein Produkt, welches aus pflanzlichen Rohstoffen entsteht, da die Hauptbestandteile Holz und andere lignocellulosehaltigen Materialien (Stroh, Miscanthus oder Hanf) sind. Es werden natürlich noch andere Hilfsmittel (Leim, Wasser, Füllstoffe und Stärke) gebraucht, um Papier herzustellen.

Die natürlichen Brennstoffen haben, durch die Endlichkeit der fossilen Brennstoffe, eine große Bedeutung für die Menschheit. Für energetische Zwecke können Abfälle der Getreideprodukte (Stroh, Spreu), schnellwachsende Baumarten (Pappeln, Weiden) und auch Forstungsholz genutzt werden. Diese können allerdings nicht den ganzen fossilen Brennstoff ersetzen, da nur eine begrenzte Anbaufläche zur Verfügung steht.

Auch die fossilen Treibstoffe haben ein Endlichkeit. Der Mensch schuf sich mittlerweile schon zwei Alternativen. Er erfand den Biodiesel, einen Treibstoff aus Pflanzenöl und das durch Gärung gewonnene Ethanol. Es lassen sich aber noch nicht alle fossilen Kraftstoffe durch diese Möglichkeiten ersetzen.

Zur Herstellung von Kunststoffen durch nachwachsende Rohstoffe können petrochemische Rohstoffe, wie verschiedene Pflanzenöle, Zucker, Stärke und Cellulose, dienen. Bekannte biologische Kunststoffe sind unter anderem Acetylcellulose (Kunstseide) und Regeneratcellulose (Kunstseide, Rayon).

Es wird derzeit an einer Entwicklung von biologisch abbaubaren Kunststoffen gearbeitet. In Zukunft plant man pflanzliche Rohstoffe für ,,klassische" Polymere aus der Gruppe der Polyurethane und Polyester zu verwenden.

Eine lange Tradition hat der Flachsanbau für die Textilbranche, wobei auch die synthetische Faser eine große Konkurrenz ist, da sie billiger, belastbarer und nicht verrottbar ist.

Auch Seide gehört zu den nachwachsenden Rohstoffen. Sie ist eine glänzende Faser und wird von der Raupe des Maulbeerspinners zum Verpuppen genutzt.

Seide wird aus Proteinen gewonnen. Sie wird hauptsächlich für Textilien genutzt und hat ebenfalls noch immer eine große Bedeutung. Selbst das Seiden -Pulver wird zur Herstellung von Lippenstiften und Pudern (Kosmetika) verwendet.

Auch Kohlenhydrate sind für die Industrie unentbehrlich geworden, das heißt, dass Stärke, Rübenzucker und Cellulose wichtige Industriepflanzen sind. Zum Beispiel ist Saccharose wichtig für die Kunststoff- und Tensidchemie. Stärke benötigt man zur Papier- , Leim- oder Kleisterherstellung. Cellulose ist ein Hauptrohstoff des Papiers.

Selbst Lösemittel können aus Pflanzen hergestellt werden, da viele Pflanzen Terpene enthalten. Am bekanntesten ist das Terpentinöl (Mischung verschiedener Terpene). Es wird durch Wasserdampfdestillation von Kiefernholz gewonnen.

Es können Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW, Frigene) und andere halogenierte Lösemittel durch sie ersetzt werden.

Ein polymerer Werkstoff ist Gummi, der aus Kautschuk entsteht. Diesen Rohstoff findet man in der Milch des Gummibaumes. Durch seine speziellen Eigenschaften, wie Elastizität und Klebrigkeit, hat er auch heute noch eine große Bedeutung. Jedoch ist die synthetische Herstellung viel billiger und da her auch effektiver, als die natürliche.

Aus Pflanzenölen und tierischen Fetten werden schmutz- und fettlösende Substanzen, die Tenside, gewonnen. Sie entstehen durch eine Reaktion zwischen Rohstoff und Natronlauge. Tenside sind grenzflächige Stoffe, die mittlerweile eine universelle Anwendung gefunden haben.

Auch Pharmazeutika werden aus diesen Rohstoffen hergestellt, da viele Pflanzen medizinisch wirksame Stoffe enthalten. Zum Beispiel ist im Mohn das Morphin, ein wirksames Schmerzmittel, enthalten.

IV. Nachwachsende Rohstoffe als Energieträger

Für das Leben auf der Erde ist die Sonne der wichtigste Energielieferant, da die Wind- und Wasserkraft letztendlich auf sie beruhen.

Das Temperaturgefälle, welches den Wind verursacht, entsteht durch die Sonneneinstrahlung. Auch die Wasserkraft entsteht durch die Sonne, die den Wasserkreislauf antreibt. Selbst Pflanzen nutzen die Sonnenenergie, indem sie energiereiche Kohlenstoffverbindungen aus Wasser und Kohlenstoffdioxod synthetisieren. Das daraus entstandene Material nennt man Biomasse.

Auch Holz ist für uns wichtig, da es mit zu den Hauptenergielieferanten der Erde zählt. Es wird zum Heizen, Kochen und zur Stromerzeugung im großen Umfang genutzt (zum Beispiel: Nutzung von Holz als Brennmaterial in Kaminöfen) . Außerdem wissen wir, dass die Verbrennung weniger umweltschädigend ist, da nicht soviel Kohlenstoffdioxid entsteht, wie beim Verheizen von fossilen Brennstoffen. Meist dienen Holzabfälle, Stroh oder andere Pflanzenreste zur Verfeuerung. Pflanzliche Reste fallen meist schon bei der Landschaftspflege oder Grasschnitten an. Es werden auch schon spezielle Pflanzenarten, wie Schilfgras oder Pappeln, zur Nutzung als Energielieferant kultiviert. Sie haben eine sehr hohe Wachstumsgeschwindigkeit im Gegensatz zu anderen Arten.

Biodiesel und Bioethanol ist eine weitere Art der Energiegewinnung aus Pflanzen. Sie sollen die Herstellung von Treibstoffen aus Erdöl ergänzen, da dieser fossile Energieträger ein begrenztes Vorkommen hat.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um Treibstoffe aus pflanzlichen Rohstoffen herzustellen. Man kann zum Beispiel Rapsöl oder andere Pflanzenöle direkt im Verbrennungsmotor einsetzen. Jedoch müssen die Fahrzeuge speziell für diesen Treibstoff umgebaut sein.

Eine andere Möglichkeit ist das Einsetzen von Methylester aus Fettsäuren als Kraftstoff. Bei der Verwendung von Rapsöl heißt dieser pflanzliche Treibstoff, dann Rapsölmethylester (RME) oder Biodiesel. Dieser Biodiesel ist schon an über 700 Tankstellen in Deutschland erhältlich.

Zu diesem Thema befragte ich den Tankstellenwart aus Schochwitz (an seiner Tankstelle wird schon seit mehreren Jahren Rapsdiesel verkauft ) und Frau Schmidt von der Vertriebsgesellschaft für nachwachsende Rohstoffe (VNR) aus Bayern.

Danach habe ich die beiden Interviews zusammengefasst und hier in einigen wichtigen Punkten dargelegt:

Wie kam die Idee zum Rapsdiesel?

- Suche nach schadstoffärmeren Diesel

- keine großen Umbauarbeiten am Auto bzw. Fahrzeug

Was sind die Vorteile des Biodiesel?

- produziert weniger Schadstoff: 100% weniger Schwefeldioxid

80% weniger Kohlendioxid

52% weniger Ruß

22% weniger Kohlenwasserstoff 17% weniger Partikel

- krisensichere, politisch unabhängige Energieversorgung (Bsp. Ölkrise als Folge des Nahost - Konfliktes mit totalen Fahrverboten in ganz Westeuropa in den siebziger Jahren)

- beim Biodiesel entsteht dreimal mehr Energie, als bei der Produktion zur Herstellung nötig ist

- Rapsöl wird bei der Produktion vollständig verwertet.

Wo wird der Biodiesel hergestellt?

- stellen ihn im eigenen Betrieb (VNR Bayern) her

- bauen gerade ein größeres Vertriebswerk

Wird der Biodiesel oft genutzt und von wem?

- Nutzung meist im innerstädtischen Bereich, da das Tankstellennetz, das Biodiesel vertreibt, in Deutschland noch nicht so verbreitet ist.

- Nutzung auch durch Boote mit Motorbetrieb

- Wer einmal auf Biodiesel umgestiegen ist, bleibt auch dabei!

Wie ist die Reaktion auf den Biodiesel?

- Ist etwas neues, daher am Anfang Skepsis.

- Bemerken keine Nachteile, daher sehr zufrieden (Kraft des Fahrzeuges bleibt gleich, nur ist der Biodiesel umweltfreundlicher).

Wie ist der Preis pro Liter für den Biodiesel im Vergleich zum Normaldiesel?

- Preis orientiert sich am Preis des Normaldiesel

Durch weitere Telefonate erfuhr ich, dass derzeit im Verkehrsverband Merseburg - Querfurt ein Projekt mit Biodiesel läuft, d.h. dass die Verkehrsbusse in diesem Bereich alle mit Biodiesel fahren. Dieses Projekt geht von der Fachhochschule in Merseburg aus, die es betreut.

Auch die Wasserschutzpolizei in Halle betreiben ihre Boote mit Biodiesel, damit die Gewässer nicht allzu stark belastet werden.

Ich konnte in der Nähe von Halle nur eine Biodieseltankstelle ausmachen, die Agro-Tankstelle Schmitt in Schochwitz. (weiter Informationen zum Biodiesel und Photos der Tankstelle in Schochwitz im Anhang Seite 20/21)

Auch Ethanol bzw. Bioethanol ist eine weitere biologische Art des Treibstoffes. Das Ethanol wird gewonnen, indem man kohlenhydratreiches Pflanzenmaterial (Zuckerrüben oder Getreide) mit Wasser und Hefe versetzt und gären lässt.

Die Hefepilze produzieren als Abbauprodukte ihres Stoffwechsels Ethanol und Kohlenstoffdioxid und ernähren sich gleichzeitig von den Kohlenhydraten. Das entstandene Ethanol kann dann später abdestilliert werden. Um es als Benzinadditiv verwenden zu können, wandelt man das Ethanol in Ethyl-E-butylether (ETBE) um. Danach ist es möglich ihn bis zu 5 Vol-% dem Ottokraftstoff zu zufügen.

Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und teuer, daher versucht man es wie Erdöl zu destillieren. Dabei wird Ethylen bei erhöhten Temperaturen und Druck katalytisch mit H2O umgesetzt.

Diese Art umweltfreundlichen Treibstoff zu nutzen, ist jedoch noch nicht konkurrenzfähig gegenüber den fossilen Treibstoffen, da ihre Produktion zu aufwendig ist.

- CH

H C - CH - O - C - CH

- CH

Ethyl - t- butylether

Eine weiter Art der Energiegewinnung aus organischen Rohstoffen ist das Biogas.

Es entsteht durch den Stoffwechsel von Bakterien, die pflanzliche Rohstoffe zersetzen. Diese Bakterien lassen sich oft in pflanzlichen Abfällen, Abfällen aus Gärungsprozessen, aber auch in tierischen und menschlichen Exkrementen finden. Das Produkt ihres Stoffwechsels ist Methangas, welches auch als Biogas bezeichnet wird. Viele Bauern nutzen diese Energie, welche beim Stoffwechsel der Bakterien freigesetzt wird, über Wärmeaustauscher zum Beheizen von Ställen und Häusern.

Dennoch stellt sich die Frage, ob es lohnt nachwachsende Rohstoffe zur Energieerzeugung zu nutzen.

Man weiß, dass die fossilen Rohstoffe sich nicht ersetzen lassen und nur noch in begrenzten Umfang zur Verfügung stehen. Durch nachwachsende Rohstoffe versucht man alternative Wege zu gehen.

Bekannt ist, dass die Energie aus Pflanzen nur die Sonnenenergie frei gibt, die in den Pflanzen gespeichert ist. Es muss erheblich mehr Ackerfläche zur Verfügung gestellt werden, um beträchtlich mehr Mengen an Energieträgern zu produzieren.

Inzwischen ist aus wissenschaftlichen Untersuchungen bekannt, dass die Energiemengen aus nachwachsenden Rohstoffen 65 mal höher sind, als die Energiemengen welche man für die Produktion der Pflanzen benötigt.

So lässt sich zusammenfassend sagen, dass die Energiegewinnung aus nachwachsenden Rohstoffen sinnvoll ist, da man mit ihnen fossile Rohstoffe einsparen kann.

V. Nachwachsende Rohstoffe als natürliche Heilmittel

Medizin wird schon seit langem aus der Natur gewonnen. Schon die Germanen nutzten Pflanzen, wie Holunder, Weißdorn oder Schlehe, um daraus Medizin zu gewinnen. Viele Heil- und Kräuterpflanzen (Dill, Anis, Koriander oder Beifuß) wurden durch Kriege oder Völkerwanderungen in unser Land gebracht. Jedoch gerieten auch viele im Laufe der Zeit wieder in Vergessenheit.

Es gab im Mittelalter Mönche, die sich zur Aufgabe machten, diese Pflanzen in ihren Klostergärten zu kultivieren, um damit Menschen zu helfen. Durch diese Kultivierung der Heilpflanzen gerieten sie auch in die Gärten der Bauern, wo sie ihre bekannte Vielfalt erreichten. Die Wirkung der Heilpflanzen wird durch die Inhaltstoffe, wie Glykosiden, ätherische Öle, Alkaloiden, Bitterstoffe, Schleime, Gerbstoffe, Vitamine und durch Spurenelemente und Mineralien erreicht. In den meisten Pflanzen ist eine Mischung dieser Inhaltstoffe enthalten.

Nehmen wir zum Beispiel die Glykoside, die im Pflanzenreich weit verbreitet sind. Sie bestehen, chemisch gesehen, aus einem substituierten Kohlenhydrat, woher sich auch der Name Glykosid ableiten lässt. Dabei bestimmt der Substituend die Wirkung des Glykosids entscheidend. Der Fingerhut ist ein dementsprechendes Beispiel. In ihm finden wir das Glykosid Digitalisglykosid. Es wird vorwiegend als Herztherapeutikum eingesetzt und hat bis heute seine Bedeutung nicht verloren.

Die ätherischen Öle sind ebenfalls Wirkstoffe, die in fast jeder Pflanze enthalten sind. Sie sind jedoch meistens in den unterschiedlichsten Mengen enthalten. Chemisch gesehen sind es organische Verbindungen, wie Alkohole, Aldehyde, Ketone, Ester oder Kohlenwasserstoffe. man findet sie in einer Vielzahl von Verwendungen. Ein gutes Beispiel ist das Pfefferminzöl, das man in der Apotheke kaufen kann. Es ist wirksam gegen Erkältungen und Kopfschmerzen, oral eingenommen wirkt es sogar gegen Magenverstimmungen.

Auch Alkaloide sind in vielen Pflanzen enthalten. Aus chemischer Betrachtungsweise besitzen die Alkaloide ein oder mehrere Stickstoffzentren. Ihre Wirkung ist für unseren Organismus die wirksamste mit pflanzlichen Ursprung. Jedoch sind die stärksten Gifte und Rauschgifte, wie Meskalin, Cocain, Strychnin, Morphin, Nicotin und Koffein, ebenfalls Alkaloide. Sie finden ihren Einsatz meist in der Schmerztherapie, zum Beispiel gegen Krebs oder Aids. Es gibt aber auch viele hochwirksame Pharmazeutika aus Alkaloiden. Ein gutes Beispiel dafür ist das Codein, das aus Morphinen hergestellt wird. Es wird von uns meist als Hustenmittel verwendet.

Die aus Pflanzen isolierten Gele werden Schleime genannt und sind Polysaccharide. Sie wirken entzündungshemmend und haben innerlich eine abführende Wirkung.

Auch Gerbstoffe finden wir überall, zum Beispiel in Blättern (Tee) oder in Samen (Kaffee). Chemisch gesehen sind Gerbstoffe Tannine, da ,,tannin" im Französischen Gerbstoff ist. Dabei handelt es sich Polyphenole in den unterschiedlichsten Zusammensetzungen. Ihre pharmazeutischen Wirkungen sind entzündungshemmend und adstringierend, blutstillend.

Der Rest, wie Vitamine, Spurenelemente und Mineralien, lässt sich in den verschiedenen Pflanzen finden. Es sind essentielle Bausteine, daher müssen sie den menschlichen Organismus zugeführt werden.

Es gibt die verschiedensten Methoden, um an die Pflanzeninhaltstoffe zu gelangen. Die einfachste Methode ist die direkte Verwendung der Pflanze oder einiger Pflanzenteile. Ein gutes Beispiel hierfür ist Tee, der in getrockneter Form der Blätter vorliegt.

Die Wasserdampfdestillation ist eine weiter Art der Inhaltstoffgewinnung aus Pflanzen. Sie eignet sich besonders zur Gewinnung von ätherischen Ölen. Sie hilft auch, wasserunlösliche Verbindungen aus den Pflanzenextrakten abzubrennen.

Jedoch ist die Extraktion die effektivste Methode, um an die Inhaltstoffe einer Pflanze zu kommen. Dabei werden die in bestimmten Lösemitteln löslichen Pflanzeninhaltstoffe quantitativ gelöst und durch Filtration sowie anschließendes Abdestillieren des Lösungsmittels als saubere Extrakte gewonnen.

Die pflanzlichen Heilmittel spielen heute noch eine große Rolle in der Pharmazie, weil etwa 50% aller Arzneimittel auf pflanzliche Inhaltstoffe beruhen. Man versteht darunter, dass die Molekülstruktur der Medikamente der Struktur der natürlichen Verbindung ähnelt oder entspricht. Eine schnelle und einfache Synthese ist fast unmöglich, da die Pflanzeninhaltstoffe sehr komplex sind, wie zum Beispiel die Alkaloide mit ihren sterochemischen Zentren. Der synthetische Zugang läuft somit über mehrere Stufen ab, die das Produkt sehr teuer machen.

Dies veranlasst die Pharmazie auch heute noch pflanzliche Rohstoffe für kompliziert aufgebaute Naturstoffe zu nutzen. Sie sind auch in großen Mengen verfügbar und lassen sich leicht isolieren.

Viele pflanzlichen Pharmazeutika werden heute nicht mehr aus pflanzlichen Rohstoffen gewonnen, da sich viele Pflanzen schlecht oder nur regional begrenzt kultivieren lassen. Daher wurden neue Synthesemethoden und biotechnologische Verfahren entwickelt. Es wurde somit auch ein Preisanstieg der natürlichen Arzneimittel verhindert.

Da lässt sich ein sehr einfaches Beispiel veranschaulichen.

Wir nehmen den pflanzlichen Inhaltsstoff Taxol, der als Krebstherapeutikum eingesetzt wird. Dieser Stoff ließ sich früher nur aus der Rinde der pazifischen Eibe (Taxus brevifolia) gewinnen. Jedoch waren die Baumbestände sehr knapp, so dass man nach einer Alternative suchen musste. Diese fand man in einer Totalsynthese für die Herstellung von Taxol. Durch die Suche nach einer Alternative fand man den Inhaltsstoff auch in der Nadel der europäischen Eibe, die in großen Mengen vorhanden ist.

Diese Alternative, sowie das biotechnologische Verfahren, ermöglichen eine kosten -günstige Herstellung vieler Naturstoffe. Für dieses Verfahren werden unter anderem Bakterien eingesetzt, welche beispielsweise Zucker umwandeln. Die Produkte bzw. erhaltenen Verbindungen sind die Stoffwechselprodukte der Bakterien. Bekannte Beispiele sind unter anderem die milchsäureproduzierenden Milchsäurebakterien. Sie wandeln Glucose um. Ein weiteres Beispiel ist die Ascorbinsäure, die früher aus Zitrusfrüchten gewonnen wurde. Heute wird im Fermentationsprozessen D- Sorbit, dass man Glucose herstellen kann, zu einem Ketozucker, der L- Sorbose dendriert. Danach wird die L-Sorbose durch eine chemische Reaktion zur L-Ascorbinsäure umgesetzt.

VI. Holz als primär nachwachsender Rohstoff - wertvoller Baustoff und Energielieferant

Im Laufe der Evolution machte sich der Mensch das Holz immer mehr zu nutze.

Es ist daher einer der bedeutendsten pflanzlichen Rohstoffe. Holz wurde schon immer als Bauholz für Schiffe, Möbel und Häuser verwendet. Die wohl traditionellste Verwendung ist die als Energieträger zum Heizen oder zur Stromversorgung. In den Industrieländern rutschte diese Bedeutung in den Hintergrund , da dort meist fossile Rohstoffe, wie Eröl, Erdgas oder Kohle, dafür genutzt werden. Jedoch in letzter Zeit rutschte es wieder in den Vordergrund, da dieser Rohstoff zur Energieversorgung nicht endlich ist, wie die fossilen Brennstoffe.

Daraus schließen wir, dass Holz mengenmäßig einer der bedeutendsten pflanzlichen Rohstoffe ist. Auch für die chemische Industrie hat das Holz einen Nutzen, da es einige wichtige Bestandteile enthält. Hauptsächlich aber findet das Holz seinen Nutzen als Bau- und Werkstoff sowie zur Herstellung von Papier und Zellstoff.

Holz besteht aus etwa 40 bis 50% Cellulose, 20 bis 30% Lignin und 10 bis 20% Hemicellulosen.

Cellulose ist ein Polysaccharid und besteht aus chemischer Sicht gesehen aus verknüpften Glucoseeinheiten, dass wichtigste Biopolymer.

Alle Pflanzen dieser Erde produzieren im Jahr etwa 1,3 Milliarden Tonnen Cellulose durch die Photosynthese. Das heißt, dass auf einen einzelnen Baum ca. 14 g Cellulose kommen. Die Endprodukte von Cellulose sind beispielsweise Cellulose, Cellulosester oder -ether. Verwendungsbeispiele sind dafür Papier, Fasern, Sprengstoff, Folien oder Lacke.

Chemisch ist Lignin eine makromolekulare, aromatische Verbindung. Lignin ist der Verursacher der Verholzung in Bäumen. Die Endprodukte des Ligins haben eine Bedeutung als Baustoffadditiv, Flotationsmittel und Kunststoff.

Ein weiterer Bestandteil ist die Hemicellulose, ein Polysaccharid, wie die Cellulose. Der Unterschied zwischen ihnen besteht in den verschiedenen, unregelmäßig verknüpften Monosacchariden. Gegenüber der Cellulose hat die Hemicellulose ein stark verzweigtes Molkülgerüst. Ihre Endprodukte sind zum Beispiel Pentosen und Furfural. Sie werden zur Fermentation und als Kunststoffe verwendet.

(Darstellung Holz- wertvoller Baustoff, Rohstoff und Energielieferant im Anhang Seite 22)

VII. Herstellung von Papier aus nachwachsenden Rohstoffen

Zur Papierherstellung benötigen wir die Cellulose aus dem Holz, d.h. dass wir sie von den anderen Bestandteilen Lignin und Hemicellulose trennen müssen. Es wird dafür meist Durchforstungsholz verwendet. Es gibt derzeit nur ein einziges Holzaufschlussverfahren in Deutschland, das Sulfitverfahren. Hierbei wird das Holz in schwefeldioxidhaltiger Calciumhydrogensulfit-Lösung (Ca(HSO ) -Lösung), auch Kochlauge genannt, gekocht. Dieses geschieht in Druckkochern. Es werden bei diesem Verfahren Lignin und Hemicellulose von der Cellulose getrennt. Dabei setzt sich das wasserunlösliche Lignin in wasserlösliches Ligninsulfonat um, welches sich zusammen mit der löslichen Hemicellulose von der Cellulose trennt. Danach wird die Rohcellulose mit Chlor- und Peroxidverbindungen gebleicht. Es entsteht nun eine dicke Pappe, welche bis zu einer Restfeuchte von 10 % getrocknet wird. Für die Herstellung von einer Tonne Cellulose benötigen wir 7 m³ Holz und rund 10 000 Liter Calciumhydrogensulfit-Lösung. Die anfallenden Restinhaltsstoffe des Holzes werden ebenfalls weiterverarbeitet zu Kunststoffen oder Baustoffadditiven.

Jedoch ist das Sulfatverfahren, das am weitesten verbreitete Aufschlussverfahren. Hier wird mit Natronlauge, Natriumsulfit (Na S), Natriumcarbonat und Natriumsulfat gearbeitet. Auch hier werden durch hohe Temperaturen unbrauchbare Inhaltsstoffe abgetrennt. Es entsteht eine Schwarzlauge, die aus schwarz gefärbten Alkaliligninen besteht. Sie kann später zu Düngemitteln verarbeitet werden. Bei diesem Verfahren fallen große Abfallmengen an, so dass man sich nach neuartigen und umweltfreundlicheren Methode, umsah.

Eine davon ist das Acetosolo-Verfahren. Dabei werden Bindungen zwischen Cellulose und Lignin unter Protonenkatalyse in einem Gemisch aus Essig und Salzsäure gespalten. Durch die essigsäurelöslichen Bestandteile Lignin, Hemicellulose, Cipide, Harze und Terpene, ist die Cellulose leicht abtrennbar. Dieses Verfahren ist ein Beispiel für die schadstoffarme Technologie der Zellstoffgewinnung, da der Holzaufschluss ohne schwefelhaltige Zusätze und anorganische Aufschlusschemikalien erfolgt. Die hierbei eingesetzten Säuren können weitestgehend zurückgewonnen werden. Der durch dieses Verfahren gewonnene Zellstoff ist sauerstoffgebleicht und in der Industrie arbeitet man mit Peroxyessigsäure in saurer Lösung.

Jedoch hängt die Papierherstellungsmethode ganz allein von der gewünschten Papiersorte ab. Direkt aus Cellulose ( Zellstoff) lässt sich weißes, holzfreies Papier herstellen. Es werden natürlich noch weitere Materialien benötigt, wie Füllstoff (Titandioxid, Kaolin, Kreide), Pigmente und Farbstoffe, Bindemittel (Stärke, Kunststoffdispersionen, Harzleime), Aufheller (Aluminiumsulfat) und Wasser. Der daraus entstehende Papierbrei wird getrocknet, geglättet. Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwendig und wird daher heute nur für sehr teure Büttenpapiere angewendet.

Das billigere Papier für Zeitungen und Verpackungen wird aus zerkleinerten Holzpartikeln, dem Holzschliff, hergestellt. Dabei entsteht ein graues Papier, wobei die Farbe keinen bei der Verwendung stört. Jeder weiß, dass das Zeitungspapier durch Licht vergilbt, dies geschieht durch den Inhaltsstoff Lignin.

Gebrauchte Papiere und Verpackungen, das Altpapier, kann ohne Problem recycelt werden, dabei ist keine aufwendige Entfärbung nötig.

Es gibt nur einen Unterschied zwischen weißen und recycelten Papier; Das gebrauchte Papier hat kürzere Fasern und ist daher leichter zerreißbar. Jedoch ist das Recyclingpapier besser für unsere Umwelt, da man altes Papier wieder verwertet.

Es gibt aber auch noch andere Dinge, für die Cellulose nützlich ist. Eines ist das Celluloid, ein halbsynthetischer Kunststoff. Bei der Reaktion von Cellulose mit Salpetersäure entsteht ,,Nitrocellulose". Dieser Kunststoff ist mit Weichmachern verformbar und knetbar. Man verwendet ihn für Billardkugeln, Tischtennisbälle und für Filme. Es gab jedoch einen großen Nachteil dieses Kunststoffes, er war leicht brennbar. Daher war er für die Filmindustrie nicht von großem Vorteil, da die Filmprojektoren sehr heiß wurden und die Filme schmolzen. Celluloid hat bis heute seine Bedeutung nicht verloren, da es noch andere halbsythetische Kunststoffe, welche auf Cellulose basieren, gibt. Einer davon ist eine Mischung aus Essigsäure und Cellulose, die zu Textilfasern und Filmen verarbeitet wird. Diese Filme werden als ,,Sicherheitsfilme" bezeichnet, weil sie sehr schwer brennbar sind. Sie werden auch heute noch dafür verwendet.

Die Textilfaser aus Cellulose scheiterte zunächst, da die aus Holz gewonnene Cellulosefasern zum Fädenspinnen zu kurz waren. Durch eine chemische Verbesserung wurden die Cellulosefasern doch noch spinnbar.

Ein Beispiel für die Verwendung von Cellulose für Textilien sind Kupferseide und Viskose. Hierbei wird Cellulose in eine dunkelblau gefärbte wässrige Lösung von Tetraamminkupfer (II)-Hydroxid _Cu(NH ) .(OH) .3H O_ gelöst. Als Produkt erhalten wir Tetraamminkupfer (II)-Cellulose. Um lange Cellulosefäden zu erhalten, wird die Kupfercelluloselösung anschließend in ein Fällbad aus verdünnter Schwefelsäure durch Düsen gepresst. Diese Methode der Fasernherstellung wird Nassspinnverfahren genannt.

Auch die Viskoseherstellung läuft ähnlich wie die Kupferseidenherstellung ab. Sie beginnt ebenfalls mit einer starken Behandlung der Cellulose, durch Laugen (Natronlauge, Kalilauge). Dadurch findet eine Einlagerung der Alkalienmoleküle statt. Somit wird die Cellulose zur Alkalicellulose.

Cell - OH + NaOH _ Cell - O Na + H O

Anschließend wird die Alkalicellulose in Schwefelkohlenstoff gelöst. Dabei findet eine Ausbildung von Cellulosexanthogenaten statt.

Cell - O Na + CS _ Cell - O - C - S Na S

Danach wird die Xanthogenatlösung in ein Spinnbad aus verdünnter Schwefelsäure und Natriumsulfat geleitet. Nach diesem Vorgang lässt sich die Cellulose in Fäden zurück gewinnen.

Cell - O- C - S Na + H SO _ Cell - O - C - SH + NaHSO S S

Cell - O - C - SH _ Cell - OH + CS S

In dem Fällbad werden dann die zuvor angelagerten Schwefelkohlenstoffgruppen quantitativ abgespalten.

Da man bei beiden Verfahren die Cellulose zurückgewinnen kann, spricht man von Regeneratcellulose. (Tabelle zu Verarbeitungsmöglichkeiten von Holz im Anhang)

(Beispiel für handgeschöpftes Papier im Anhang Seite 23)

VIII. Nachwachsende Rohstoffe zur Herstellung von Kunststoffen

Für die chemische Industrie sind Kunststoffe die wichtigsten Produkte. Jedoch müssen sie nicht immer petrochemischer Herkunft sein. Die bekanntesten Kunststoffe basieren auf Polymeren, wie Gummi, Acetylcellulose (Kunstseide) oder Regeneratcellulose (Kunstseide, Viskose, Rayon). Es werden heutzutage immer öfter pflanzliche und tierische Makromoleküle gesucht, die sich zu gebrauchsfähigen Polymeren verarbeiten lassen.

Die Forschung ist am meisten bestrebt nachwachsende Rohstoffe für den Polyester und Polyurethan zu finden, die sich auch durch klassische petrochemische Schritte synthetisieren lassen. Für weitere Reaktion der Triglyceride oder durch Spaltung gewinnbarer Fettsäuren sind funktionelle Gruppen, welche Bindungsknüpfungen ermöglichen. Die Triglyceride des Rizinusöls sind zum Beispiel mit bis zu 90% Ricinolsäure verestert. Chemisch gesehen besitzt die Ricinolsäure neben einer Doppelbindung eine freie Hydroxygruppe. Dadurch lässt sie sich leichter durch Polycarbonsäure und trifunktionelle Zitronensäuren, zu Polyestern umwandeln. Ein bekanntes Beispiel ist das Polymerisat als natürliches Holzschutzmittel.

IX. Vor- und Nachteile von nachwachsenden und fossilen Brennstoffen

Natürlich gibt es bei beiden Gruppen Vorteile aber auch Nachteile. Diese lassen sich wiederum auf die Gruppen Landwirtschaft, Umwelt und Industrie verteilen.

Die nachwachsenden Rohstoffe sind für die Landwirtschaft sehr wichtig, da sie eine Produktions- und Einkommensalternative zu Nahrungspflanzen sind, aber sie steigern auch mit neuen Züchtungen ihre Wirtschaftlichkeit. Für die Umwelt sind sie besser geeignet als fossile Rohstoffe, da sie umweltverträglicher sind und biologisch abbaubar. Die nachwachsenden Rohstoffe setzen nur soviel Kohlenstoffdioxid frei, wie beim Wachsen der Pflanzen gebunden wurden. Dieser Kohlenstoff wirkt so dem Treibhauseffekt entgegen, was sehr wichtig für die Umwelt ist. In der Industrie haben nachwachsende Rohstoffe eine gute Kundenakzeptanz, da sich viele Menschen um das Wohl unserer Erde sorgen. Jedoch erfordern sie hohe Forschungskosten und auch die Ernteschwankungen sind Nachteile der wachsenden Rohstoffe.

Die fossilen Rohstoffe sind hingegen noch effektiver für die Industrie, da sie sich gut verarbeiten lassen. Es gibt viele Produkte, die sich nicht durch nachwachsende Rohstoffe ersetzten lassen. Die fossilen Brennstoffe sind weitaus billiger, weil sie nicht so aufwendige Verarbeitungsverfahren benötigen.

Fossile Rohstoffe wirken sich jedoch, was sehr wichtig ist, hauptsächlich negativ auf die Umwelt aus, da ihre Gewinnung und ihr Transport umweltgefährdend sein kann. Sie setzen weitaus mehr Kohlenstoffdioxid frei, als die nachwachsenden Rohstoffe. Außerdem haben wir begrenzte Ressourcen von fossilen Rohstoffen, die sich langsam dem Ende neigen.

Zusammenfassend kann man sagen, dass unsere Gesellschaft noch nicht von den fossilen Rohstoffen lösbar ist, jedoch sollten wir versuchen die nachwachsenden Rohstoffe besser zu fördern und zu nutzen, weil sie unserer Umwelt weitaus weniger schaden.

X. Schlussfolgerung

In dieser Arbeit wurde versucht einen kleinen Überblick über nachwachsende Rohstoffe und ihre Bedeutung zu geben.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Energie der Zukunft auch in den nachwachsenden Rohstoffen liegt, da die fossilen Rohstoffe langfristig nur noch begrenzt zur Verfügung stehen.

Die Menschheit ist derzeit dabei Alternativen zu erforschen und zu nutzen. Jedoch kann man noch nicht vollständig auf fossile Rohstoffe verzichten. Sie werden auch in den nächsten Jahren ihre Bedeutung nicht verlieren.

Dennoch ist es zukünftig wichtig, dass mehr Menschen die alternativen Rohstoffe nutzen und über sie aufgeklärt werden.

Ich hoffe, dass ich mit dieser Arbeit einen kleinen Einblick über die nachwachsenden Rohstoffe und ihre Nutzung liefern konnte. Es ist mir wichtig, dass diese Thematik den Leser zum Nachdenken anregt, da das Ende der fossilen Rohstoffe nah ist.

XI Register

Jute helle Stengelfasern aus dem Bast der bis 3m hohen einjährigen Jutepflanze, einem tropischen Lindengewächs

Polymere makromolekulare Stoffe, entstehen durch verschiedene Verfahren

(Bsp. Polymerisation) aus Monomeren hergestellt, kommen in der Natur vor( Cellulose, Stärke) oder können synthetisch hergestellt werden

Saccharide Kohlenhydrate, gibt mehrfache (poly-) und einfache (mono-)

Tenside Stoffe, deren Lösung die Grenz- und Oberflächenspannung des Wassers erniedrigt, verbessert Wasch-, Netz- und Emulgierwirkung

Additive techn. veredelnde Zusätze

Katalyse chem. ,,Beschleunigung eines an sich stattfindenden chemischen Vorgangs durch die Gegenwart eines scheinbar unbeteiligten Körpers" (Ostwald 1901)

Alkali chem. ein Hydroxyd

Petrochemie Erdöl- und Erdgaschemie

Alkaloid chem. (giftige) organische Stickstoffverbindung recyceln = wiedergewinnen

synthetisch = künstliche Herstellung Ressourcen = Quellen

halogenieren chem. Salz bildend essentiell = wesentlich

Extraktion chem. Auslaugung

Stereochemie Lehre von der räumlichen Anordnung der Atome in einem Molekül

Terpene Vorkommen in ätherischen Ölen, aus zwei oder mehr Molekülen auf gebaut

Pflanzliche Ressourcen

- Nahrungsmittelpflanzen

Stärkepflanzen:

Getreide bzw. landwirtschaftlich kultivierte Süßgräser (Weizen, Roggen, Gerste, Hafer, Mais, Reis, Hirse u.a.), Gräser anderer Familien (Buchweizen, Reismelde, Fuchsschwanzarten),

Knollfrüchte (Kartoffeln, Maniok, Batate, Yams, Taro, Topinambur);

Zuckerpflanzen:

Zuckerrohr, Zuckerrübe, Zuckerpalme, Palmyrapalme, Zuckerahorn, Zuckerhirse);

Eiweißpflanzen:

alle Bohnenarten,

alle Erbsenarten;

Öl- und Fettpflanzen:

Sojabohne, Erdnuss, Kokospalme, Ölpalme, Sonnenblume, Lein, Sesam, Olive, Raps, Senf usw.;

Obstpflanze:

Obst der gemäßigten Breiten, Südfrüchte;

Gemüsepflanzen:

Kohlarten, Blattgemüsepflanzen,

Wurzelgemüse,

Zwiebelarten,

Spargel und Bambus,

Nachtschattengewächse,

Gurke und Kürbisgewächse usw.;

Genussmittelpflanzen

Kakao, Kaffee, Tee, Tabak, Betel, Colabäume, Schlafmohn;

Gewürze;

- Technische Pflanzen

Fasernpflanzen:

Baumwolle, Sisal, Jute u. a.;

Latex liefernde Pflanzen:

Kautschukbaum u. a.;

Arzneimittelpflanzen:

Fenchel, Baldrian, Pfefferminze, Salbei, China-Rindenbaum, Ginseng;

sonstige Pflanzen:

Hopfen u.a.;

- Holz;

Sonstige pflanzliche Ressourcen

sonstige Gräser (verschiedene Futterressourcen);

Pilze

Zierpflanzen, Blumen usw.;

Tang, Algen usw.;

Quellen- und Literaturverzeichnis

Barsch, Heiner; Bürger, Klaus

Naturressourcen der Erde und ihre Nutzung

Klett - Perthes 1996

hrsg. von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Industriepflanzenzüchtung

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe 1996

Netenjakob, Rita; Sommerfeld, Herbert; Blume, Rüdiger; Bader, Hans Joachim

Nachwachsende Rohstoffe - Lignin und Proteine

Hrsg.: K. H. Wiebel, Alsbach 1992

Bader, Hans Joachim; Steiner, Dagmar

Nachwachsende Rohstoffe

Hrsg.: K. H. Wiebel, Alsbach 1992

Leitung: Heinz Göschel

Meyers Hand ´ Lexikon

VEB Bibliographisches Institut Leipzig 1977

keine Angabe

Fremdwörterlexikon

Wissen Verlag GmbH, Herrsching 1991

Material von Frau Schmidt zum Thema Biodiesel VNR Bayern