Nicht nur bei unserer Energieversorgung sind wir nach wie vor weitgehend von fossilen Brennstoffen abhängig. Auch die chemische Industrie verwendet fast ausschließlich fossile Brennstoffe als Rohstoffe, zum Beispiel bei der Herstellung von Kunststoffen. Deshalb will das Groninger Start-up BioBTX der chemischen Industrie einen neuen, grünen Anstrich geben. Dabei setzt das Unternehmen auf künstliche Intelligenz.

Hinter einem halb geöffneten Garagentor ist ein Durcheinander aus aluminiumfarbenen Bottichen, Schaltern und Rohren zu finden. Bis auf einen Techniker ist die BioBTX-Werkstatt menschenleer. Sie ist etwas versteckt, direkt hinter der Energy Academy auf dem Zernike-Campus in Groningen. Es deutet wenig darauf hin, dass hier fünf Leute an einer Maschine arbeiten, die die gesamte chemische Industrie auf den Kopf stellen könnte. „Was wir hier tun wollen, ist, eine Revolution zu starten“, sagt Chief Technology Officer Niels Schenk.

BioBTX hat eine Pilotanlage zur Extraktion von Chemikalien aus Biomasse entwickelt. Das Groninger Start-up tut dies, indem es Glycerin, ein Abfallprodukt, das bei der Herstellung von Biodiesel freigesetzt wird, in kleine Grundbausteine, nämlich Benzol, Toluol und Xylol – besser bekannt als BTX – zerlegt. Diese wiederum bilden die Grundlage für alle Arten von Aromaten, die für viele chemische Anwendungen eingesetzt werden. Beispiele sind Aminosäuren, Süßstoffe oder Antidepressiva, aber auch Polymere (aus denen Windkraftanlagen oder Autos hergestellt werden) und Aramide (extrem starke Fasern, die beispielsweise in kugelsicheren Westen verwendet werden).

Derzeit gewinnen wir fast alle diese Chemikalien aus fossilen Brennstoffen, was zu massiven Belastungen und CO2-Emissionen führt. Durch die Umwandlung von Biomasse in Chemikalien kann BioBTX einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, den Chemiebereich nachhaltiger zu gestalten.

Optimierung mit AI

Aber das ist noch nicht alles. Das Unternehmen will diesen Prozess mit künstlicher Intelligenz beschleunigen. In einem Labor der Fakultät für Naturwissenschaften und Technik der Universität Groningen (RUG) simulieren Forscher in Reagenzgläsern den Betrieb der größeren BioBTX-Pilotanlage. Dort können sie mit verschiedenen Konfigurationen experimentieren, um den effizientesten Produktionsprozess für BTX zu bestimmen.

Es gibt mehr als genug Möglichkeiten, denn durch die Kombination verschiedener Rohstoffe, Katalysatoren und Temperaturen sind sie in der Lage, 5 Millionen verschiedene Experimente durchzuführen. Zieht man zudem in Betracht, dass die Durchführung eines solchen Experiments einen halben Tag dauert, wird man verstehen, warum solche technologischen Entwicklungen in der Regel auf der Grundlage einer gezielten Auswahl von Experimenten erfolgen.

Nicht so bei BioBTX. Gemeinsam mit Forschern aus der Abteilung Chemieingenieurwesen wandte sich das Groninger Start-up an eine Reihe von Datenwissenschaftlern der RUG, darunter Dimitrios Soudis. Basierend auf Daten aus einer kleinen Anzahl von durchgeführten Experimenten entwickelte er einen Algorithmus um die Ergebnisse von Millionen von Experimenten, die nicht durchgeführt wurden, vorauszuberechnen.

Laut Projektleiter Erik Heeres von der Fakultät für Chemieingenieurwesen macht der Beitrag der Datenwissenschaft „einen großen Unterschied“. „Wir haben interessante Zusammenhänge zwischen der Art des Katalysators oder der Reaktortemperatur und der Menge des produzierten BTX entdeckt. Auf diese Weise begeben wir uns gelegentlich in Bereiche, an die ich nicht an mich selbst gedacht habe.“

Indem man künstliche Intelligenz auf die Daten anwendet, kann man die reale Welt simulieren und Muster in ihr entdecken, die sonst unbemerkt an einem vorbeigegangen wären. Sie bietet aber auch zusätzliche Vorteile. „Mit der KI ist man auch in der Lage, sehr genaue Vorhersagen zu treffen“, sagt Niels Schenk. „Anstatt einen experimentellen Plan zu erstellen, entwickeln sie nun ihre eigenen Vorschläge auf der Grundlage ihres Algorithmus. Dann sagen sie zum Beispiel: Wenn man diesen Rohstoff hat, ist es am besten, mit dieser Art von Katalysator oder mit einer höheren Temperatur zu arbeiten. So bekommt man Informationen, für die man sonst Millionen von Experimenten hätte durchführen müssen. Langfristig ergibt sich daraus ein enormer zusätzlicher Wert.“

circulaire economie, circular economy

© pbl.nl

Auf dem Weg zu einer Kreislaufwirtschaft

Der Einsatz von KI stellt sicher, dass der Gebrauch von Glycerin im BTX-Produktionsprozess wesentlich effizienter ist. Aber BioBTX will es dabei nicht bewenden lassen. In diesem Sommer will das Groninger Unternehmen einen großen Schritt machen, um zu einem weltweiten Pionier beim Wandel zur Kreislaufwirtschaft zu werden.

Eine Kreislaufwirtschaft besteht aus einem Kreislauf von Rohstoffen. Anstatt Produkte wegzuwerfen, wenn sie abgenutzt sind oder wenn wir ein neues Produkt im Auge haben, kann man ihnen einen Mehrwert verleihen, indem man sie zu neuen Produkten verarbeitet. Die heutigen Smartphones werden also die Rohstoffe von morgen sein. Von einer Einweg- und einer austauschbaren Wirtschaft, die Rohstoffen bis zur Erschöpfung ausbeutet und Tonnen unzerbrechlicher Abfälle und CO2 produziert zu einer Wirtschaft, die dem natürlichen Kreislauf der Natur folgt.

Überträgt man dies auf den Kunststoffsektor, wird deutlich, warum BioBTX in diesem Sommer nicht nur Glycerin zu neuen Chemikalien verarbeiten will, sondern auch Chemikalien aus Altkunststoffen recyceln will. Dabei handelt es sich um laminierte oder gemischte Kunststoffe, die heute meist verbrannt, ins Meer entsorgt oder in Länder der Dritten Welt exportiert werden.

Mit der Verarbeitung dieser Kunststoffe zu Chemikalien will BioBTX den Begriff „Abfall“ neu definieren“, sagt Schenk. „Unserer Meinung nach sollten Altkunststoffe so wertvoll werden, dass sie nicht mehr einfach weggeworfen werden können.“

Sobald die Pilotanlage auf dem Campus Zernike richtig funktioniert, kann BioBTX über den nächsten Schritt nachdenken: die Skalierung und Kommerzialisierung des Modells. „Nur dann können wir die Welt der Kunststoffverschmutzung und der CO2-Emissionen bei der Herstellung von Kunststoffen wirklich verändern. Denn das ist das Ziel, mit dem wir alle begonnen haben: die Welt ein wenig besser zu machen.“