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<p>Windenergieanlagen werden immer größer, um höhere Leistungen zu erzielen. Entsprechend beeindruckend fallen die Abmessungen der Rotoren aus: Die Repower 5M hat einen Rotordurchmesser von 126 m, die einzelnen Blätter sind 61,5 m lang. Bei der Enercon E-126/6 MW sind die Abmessungen ähnlich: Rotordurchmesser 127 m, Blattlänge 58 m. Die neuen Riesen sind insbesondere für die Aufstellung auf See gedacht, weil hier der Wind stärker und gleichmäßiger weht.</p>
<p>Die Kräfte, die schon bei einem 40-Meter-Blatt auftreten, sind enorm: Neben der Gewichtskraft von etwa 70 kN (das entspricht dem Gewicht von fünf VW-Golf) und der nach außen gerichteten, umdrehungsabhängigen Zentrifugalkraft wirkt vor allem die senkrecht dazu wirkende, von der Windstärke abhängige Windlast: Die Windkräfte können an der Blattwurzel zu einem Biegemoment von etwa 6000 kNm führen, was der Hebelwirkung von elf VW-Golf an der Blattspitze entspricht.</p>
<p>Um diese Anforderungen zu beherrschen, werden heute für die Rotorblätter üblicherweise Epoxidharz-Systeme verwendet, in die in erster Linie Glasfasergelege zur Verstärkung enthalten. Diese Lagen von Glasfasern sind nicht miteinander verwoben, sondern nebeneinander oder in mehreren Lagen aufeinander gestapelt und mit wenigen Fäden fixiert, um ein Biegen der Fasern zu vermeiden. Bei der Herstellung großer Blätter werden die Fasern oder Fasergelege mit Harz und Härter getränkt, die miteinander nach Erwärmen in einer konturgebenden Form zu einem hochfesten Kunststoff reagieren. Das Gesamtsystem aus System-Matrix und Fasern bildet den Faserverbundwerkstoff mit der notwendigen mechanischen Stabilität.</p>
<p>Üblicherweise werden Amingemische (aliphatische und cycloaliphatische Amine) für die Härtung eingesetzt. Die eigentliche Vernetzung oder Härtung des Harzes kommt zustande, wenn die Amine mit den Epoxidgruppen zu dreidimensionalen Netzwerken reagieren; diese Reaktion können in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur zugesetzte Additive wie Beschleuniger (ebenfalls Amine) beeinflussen. Ab dem Zeitpunkt, an dem die beiden Komponenten miteinander gemischt werden, tickt die Uhr der Topf- oder Verarbeitungszeit, denn die Reaktion zwischen den beiden Komponenten beginnt langsam und steigert sich bei erhöhter Temperatur.</p>


<h2>Latente Systeme lösen Dilemma</h2>
<p>Bei sehr großen Strukturen stehen die Anwender vor einem Dilemma: Einerseits soll das Epoxidharz-System langsam reagieren, um die Form vollständig zu füllen, bevor es zu gelieren beginnt. Andererseits soll das Epoxidharz-System — einmal aufgeheizt — rasch reagieren, um die Form schnell wieder für das nächste Blatt frei zu machen. ”Wir haben nun einen chemischen Weg entwickelt, diese Quadratur des Kreises — erst langsam, dann schnell — über latente Systeme zu erreichen“, erläutert Gregor Daun, der bei BASF für Epoxy-Systeme verantwortlich ist. ”Latente Systeme“ heißt: Manche der Härter werden erst beim Überschreiten einer Grenztemperatur thermisch aktiviert, nachdem sie vorher ”geschlafen“ haben.</p>
<p>Die neuartigen Epoxidharz-Systeme ermöglichen so einerseits eine lange Verarbeitungsphase, andererseits weisen sie eine kurze Härtungszeit auf, um die Zykluszeiten zu verringern. ”Der einzelne Zyklus lässt sich um etwa 30 Prozent verkürzen“, sagt Daun.</p>
<p>Der Diplom-Chemiker <b>Klaus Jopp</b> arbeitet als Redakteur für Naturwissenschaft und Technik und als freier Journalist.</p>



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Härter für die Rotorfertigung

Windenergieanlagen werden immer größer, um höhere Leistungen zu erzielen. Entsprechend beeindruckend fallen die Abmessungen der Rotoren aus: Die Repower 5M hat einen Rotordurchmesser von 126 m, die einzelnen Blätter sind 61,5 m lang. Bei der Enercon E-126/6 MW sind die Abmessungen ähnlich: Rotord...


<p>”Erdöl wird auf absehbare Zeit der dominierende Rohstoff für die chemische Industrie bleiben,“ betont Michael Röper (BASF), zusammen mit Wilhelm Keim (RWTH Aachen) Vorsitzender des Autorenkollektivs des Positionspapiers ”Rohstoffbasis im Wandel“, bei der Vorstellung der Studie. Diese Einschätzung eines BASF-Mannes mag erstaunen, da das Unternehmen über seine Tochter Wintershall einen privilegierten Zugang zum alternativen Rohstoff Erdgas verfügt. Doch Erdgas und dessen Hauptbestandteil Methan bleiben trotz seiner absehbaren Verbilligung gegenüber Rohöl in der Praxis ein problematischer Chemierohstoff: Es gibt bis heute keine Verfahren, um aus Erdgas mit vertretbarem Aufwand Ethylen, Propylen, C4-Olefine, Benzol und Xylole herzustellen. Und die machen über 90 Prozent der Basischemikalien der organischen Chemie aus. Um zu Methanol und Olefinen weiter verarbeitet werden zu können, muss Methan zunächst mit Katalysatoren energieaufwendig in Synthesegas umgewandelt werden. So stagniert der Erdgasanteil an der Rohstoffversorgung der deutschen Chemie bei acht Prozent.</p>


<h2>Kohlenstoffdioxid als begrenzender Faktor</h2>
<p>Beim Einsatz von Rohöl, Erdgas und Kohle sieht die Studie weniger die Endlichkeit der Kohlenwasserstoffvorräte in der Erdkruste, sondern eher die Anreicherung von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre als begrenzenden Faktor für die wirtschaftliche Entwicklung an. Das hat Folgen für die Bewertung der Kohlevorräte und für die Perspektiven der Kohlechemie. Einerseits erwähnt das Papier der Chemieverbände die lange Reichweite der wirtschaftlich nutzbaren Kohlevorräte (mindestens 150 bis 200 Jahre, nach manchen Schätzungen sogar 1000 Jahre) und weist darauf hin, dass China massiv in Kohlevergasungsanlagen und Carbidöfen investiert. Es legt aber andererseits nahe, die Kohlechemie in der EU wegen der CO2-Reduktions-Vorgaben nicht auszuweiten.</p>


<h2>Zukunft Kohle?</h2>
<p>Zurzeit trägt die Kohle nur mit zwei Prozent zur Rohstoffversorgung der Chemie in Deutschland bei. Es handelt sich dabei überwiegend um aromatische Bestandteile des Steinkohleteers, der bei der Verkokung (Entgasung, Pyrolyse) von Steinkohle anfällt. Weltweit gesehen wird in Kokereien zehnmal mehr Kohle umgesetzt als in Kohlevergasungsanlagen. Nur in China gibt es aber bislang eine gewisse Renaissance der auf Koks aufbauenden Calciumcarbid- und Acetylenchemie mit dem Endprodukt PVC.</p>
<p>Demgegenüber ist die Herstellung von Ammoniak und Methanol mit Synthesegas aus Kohlevergasungsanlagen technisch aufwendig und kapitalintensiv. Aus diesem Grund gibt es bislang auch in den USA, dem Land mit den größten Kohlevorräten, nur wenig kohlebasierte Chemie. Eine Perspektive bieten Gas- und Dampfkraftwerke mit integrierter Kohlevergasung (Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC), die durch CO2-Abtrennung und Endlagerung CO2- frei gemacht werden könnten. In Australien arbeitet man stattdessen an der Untertagevergasung von Kohle.</p>
<p>Die Verflüssigung von Kohle durch Hydrierung, mit deren Hilfe in Deutschland während des Zweiten Weltkriegs jährlich vier Millionen Tonnen Benzin hergestellt wurden, ist aufgrund thermodynamischer Vorteile kostengünstiger als die Kohlevergasung. Doch hängen die Einsatzmöglichkeiten der Kohlehydrierung von der Entwicklung neuer Katalysatorsysteme ab.</p>


<h2>Kaum eine Alternative zum Erdöl</h2>
<p>Naphta und andere Erdölderivate machen mit über 18 Millionen Tonnen 80 Prozent der Rohstoffbasis der organischen Chemie in Deutschland aus. Problematisch ist dabei, dass die Chemieindustrie den Rohölpreis kaum beeinflussen kann. Er richtet sich in erster Linie nach dem Bedarf der Energiewirtschaft, die 85 Prozent aller Rohöllieferungen als Brenn- und Treibstoff nutzt, und in zweiter Linie nach den Beschlüssen des Kartells der Ölförderländer (Opec).</p>
<p>Die Chemieindustrie vertritt seit längerem die Meinung, Erdöl sei zum Verbrennen zu schade. Durchsetzen konnte sie sich damit nicht. Bislang zeigen sich auf dem Rohölmarkt auch noch keine Verknappungstendenzen. Die Reichweite der gesicherten und wirtschaftlich nutzbaren Rohölvorräte liegt bei über 40 Jahren — und das seit über 40 Jahren. Diese Zeitspanne hat also weniger stoffliche als finanztechnische Bedeutung, weil die Finanzierung von Explorationsprojekten mit längerem Zeithorizont für Investmentbanken uninteressant ist.</p>
<p>Sollen andere Rohstoffe wie Kohle oder Biomasse Rohöl und Naphta ersetzen, sind wirtschaftlich vertretbare Wege nötig, um zu etwa 200 Grund- und Zwischenprodukten (den ”unsterblichen Verbindungen“) wie Olefinen, Aromaten, funktionellen Gruppen und Monomeren von Massenkunststoffen zu gelangen, die sich im vergangenen Jahrhundert als Schlüsselsubstanzen des Chemiebaums mit Tausenden von Endprodukten erwiesen haben.</p>


<h2>Nachwachsende Rohstoffe</h2>
<p>Der Anteil nachwachsender Rohstoffe liegt in der deutschen Chemie seit Jahren stabil bei zehn Prozent. Innerhalb dieser Gruppe von Rohstoffen gab es jedoch Umschichtungen. Zuwächse gab es vor allem bei den pflanzlichen Fetten und Ölen. Davon verarbeitet die chemische Industrie jährlich etwa 1,15 Millionen Tonnen, über ein Drittel davon geht in die Herstellung von Tensiden. Dabei geht es vor allem um Fettsäuren mittlerer Kettenlänge (C10 bis C14) aus Kokos- und Palmkernölen. Bei den Fettalkoholen hat sich seit den 80er Jahren das Mengenverhältnis von synthetischen zu natürlichen umgekehrt: Heute stammen 60 Prozent aus natürlichen Quellen.</p>
<p>Zum Teil geht der wachsende Anteil pflanzlicher Öle auf die politisch gewollte Produktion von Biokraftstoffen zurück. Dies führt — ”Rohstoffbasis im Wandel“ verschweigt es nicht — zu einer Konkurrenz zwischen der Produktion von Futter- und Nahrungsmitteln, zur Explosion der Preise von Grundnahrungsmitteln wie Mais und Reis und in der Folge zu Hungerrevolten in armen Ländern. Diese Entwicklung sei nur durch Biokraftstoffe der zweiten Generation aus Non-Food-Biomasse zu vermeiden. Dazu sind jedoch (Bio-)Katalysatoren für den Aufschluss von Cellulose und Lignin in Bioraffinerien nötig. Bei der Nutzung von Non-Food-Biomasse wie etwa Stroh entstehen hohe Transportkosten. Das Papier hält sich hier mit Aussagen über zukünftige Entwicklungen zurück.</p>
<p>Außer Fetten und Ölen sind Zucker und Stärke begehrte pflanzliche Chemierohstoffe. Das Positionspapier weist darauf hin, dass es in der EU politische Hemmnisse für den Ausbau der Produktion dieser Rohstoffe gibt, vor allem die preistreibende EU-Zuckermarktordnung und die Hemmnisse der grünen Gentechnik zur Optimierung von Stärkelieferanten wie Mais und Kartoffeln.</p>


<h2>CO2 als Rohstoff für chemische Synthesen und Metall-Recycling</h2>
<p>CO2 lässt sich als Rohstoff für chemische Synthesen nutzen. Da CO2 bei manchen Produktionsprozessen in chemisch reiner Form anfällt, dient es nicht nur als Reinigungs- und Lösemittel, sondern auch schon heute zur Herstellung von Dimethylcarbonat (DMC) aus Methanol und CO2. DMC ersetzt zunehmend Phosgen bei der Synthese von Polycarbonaten. Um CO2 als Rohstoff einsetzen zu können, bedarf es aber einer ökologisch und ökonomisch vertretbaren Methode der H2-Produktion.</p>
<p>Ein dringendes Problem ist auch die Versorgung mit anorganischen Rohstoffen. Das gilt vor allem für die Edel- und Sondermetalle wie Gold, Silber, Gallium, Neodym, Indium, Selen und Tellur für Computer, Mobiltelefone und Dünnschicht - Photovoltaik. Christian Hagelüken (Umicore) beklagte bei der Diskussion des Positionspapiers der vier Chemiegesellschaften, dass sich die EU-Länder mehr um die wirtschaftlich uninteressante Wiederverwertung von ausgedienten Waschmaschinen kümmern als um das Urban Mining von teuren Metallen im Elektronikschrott. Gemessen an den Kosten (und an den CO2-Emissionen) ist beispielsweise das Recycling von Computer-Leiterplatten mit einem Goldgehalt von etwa 250 Gramm je Tonne allemal wirtschaftlicher als die Gewinnung von Erzen mit einem Goldgehalt von 5 Gramm je Tonne aus 3000 Metern Tiefe. Stattdessen werden 60 bis 70 Prozent des Elektronikschrotts mit seltenen Metallen im Wert von über fünf Milliarden Dollar auf dubiosen Wegen aus der EU zu primitiven Hinterhof-Recycling-Werkstätten in Indien und China exportiert.</p>
<p><b>Edgar L. Gärtner</b>, Jahrgang 1949, arbeitet als Autor, Ghostwriter und Strategieberater in Deutschland und in Südfrankreich. Bis Ende 2007 leitete er das Umweltforum des Centre for the New Europe (CNE) in Brüssel.</p>



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Härter für die Rotorfertigung

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