Die industrielle Biotechnologie ist ein zentrales Innovationsfeld für einen Strukturwandel von einer erdöl- zu einer bio-basierten Wirtschaft, verbunden mit großen Chancen für wirtschaftliches Wachstum und Umwelt. Ähnliches gilt für eine nachhaltige Rohstoffversorgung durch Recycling als Rohstoffquelle. Welche Rolle dabei die Automationsbranche spielt, klärte CHEManager im Interview mit Dr. Markus Winzenick, Geschäftsführer im Fachverband Automation des ZVEI. Das Gespräch führte Dr. Volker Oestreich.

CHEManager: Der Ölpreisverfall ist des einen Freud, des anderen Leid. Wie beurteilen Sie die Auswirkungen auf die in Ihrer Roadmap „Automation 2025“ definierten Handlungsfelder „Recycling als Rohstoffquelle“ und „Biotechnologie“?

Dr. Markus Winzenick: Ohne Zweifel stellt die hohe Volatilität der Rohstoffpreise sowohl für die Recyclingbranche als auch für die Nutzung nachwachsender Rohstoffe im Bereich der Industriellen Biotechnologie ein Investitionshemmnis dar. Insbesondere der starke Ölpreisverfall in den letzten Monaten wird die positiven Entwicklungen der letzten Jahre in diesen Branchen kurzfristig verlangsamen. Mittel- und langfristig ist jedoch aufgrund der weiterhin steigenden Weltbevölkerung und des wachsenden Rohstoffbedarfs in Schwellen- und Entwicklungsländern wieder mit wachsenden Rohstoffpreisen zu rechnen.

Darüber hinaus darf man nicht vergessen, dass vor allem für die Entwicklung der Recyclingwirtschaft die Abfall- und Umweltpolitik ein Haupttreiber ist. So werden derzeit in sämtlichen Staaten der Europäischen Union die Vorgaben aus der überarbeiteten Altgeräte-Richtlinie umgesetzt. In Deutschland wurde hierzu das bestehende Elektroaltgerätegesetz überarbeitet. Es sieht beispielsweise Rücknahmesysteme für Elektroaltgeräte in Elektromärkten vor und fordert generell höhere Verwertungsquoten bei der Verwertung von Elektroaltgeräten. Dies wird dem Markt für Sortier-, Aufbereitungs- und Recyclinganlagen erhebliche Impulse geben. Mittelfristig zeichnet sich über die Industrieländer hinaus auch der Aufbau einer Entsorgungs- und Recyclingwirtschaft vor allem in Schwellenländern ab.

Wo genau kann durch Recycling eine besondere Wertschöpfung erzielt  werden?

Winzenick: Wenn man bedenkt, dass in einem Kubikmeter Althandys mehr Gold enthalten ist als in einem Kubikmeter Erz der besten Goldmine Südafrikas, wird schnell klar, welche Potenziale in umweltgerechten, hocheffizienten Recyclingverfahren stecken. Zudem werden in modernen elektronischen Produkten immer mehr Technologiemetalle eingesetzt, deren Vorkommen jedoch oftmals auf wenige Länder beschränkt sind und zudem oft in politisch instabilen Weltregionen liegen. Der oft zitierte Satz „Deutschland ist kein Rohstoffland“ würde obsolet, wenn es gelingt, sämtliche Technologiemetalle zurückzugewinnen. Was fehlt sind kostengünstige, kommerzielle Verfahren, mit denen sich auch Technologiemetalle in geringer Konzentration recyceln lassen.

Und wie kann da die Automatisierungstechnik zu beitragen?

Winzenick: Die Aufgabe der Automatisierungstechnik besteht darin, neben den bestehenden, auf hohen Masseströme ausgelegten Recyclingansätze hinaus hocheffiziente Prozessketten zu entwickeln, die mit Ausbeuten auch die nur in Spuren enthaltenen Technologiemetalle zurückgewinnbar machen. Automatisierungstechnik kann z.B. die Demontage von Elektroaltgeräten und die Sortierung in Fraktionen mit flexiblen Robotersystemen unterstützen. Zusammen mit Sensorik zur Identifikation kleinster Teile, präzise gesteuerter Druckluftstöße und einer High Speed Informationsverarbeitung ließe sich die Rückgewinnung von Technologiemetallen verbessern. Benötigt wird auch eine intelligente Prozesssteuerung, die in der Lage ist, das Objekt selbstständig zu erfassen und geeignete Demontageschritte zu berechnen und auszuführen.

Das bedeutet, dass auch ganz neue Handlungsfelder für die Automatisierungstechnik entstehen?

Winzenick: Ja genau, neben der Entwicklung neuer Techniken zur Rückgewinnung von Technologiemetallen, die heute vielfach noch Gegenstand von Forschung und Entwicklung sind, zeichnen sich auch neue Einsatzfelder zur Optimierung der metallurgischen Prozesse ab. Dabei geht es nicht nur um die Recyclingkette bis zur Metallurgie, sondern auch um die Verwertung von Stäuben, Abwasserschlämmen und Schlacken, die bei Aufbereitungs- und Metallurgieprozessen anfallen.

Gilt das in ähnlichem Maße für die Biotechnologie?

Winzenick: Auch die industrielle Biotechnologie ist zweifellos ein Wachstumsmarkt. Langfristig ist die industrielle Biotechnologie ein zentrales Innovationsfeld für einen Strukturwandel von einer erdöl- zu einer bio-basierten Wirtschaft, verbunden mit großen Chancen für Wachstum und Umwelt. Für Automatisierungstechnologien, die bereits heute eine Schlüsselrolle spielen, ergeben sich hieraus neue Einsatzfelder – und auch neue Anforderungen.

Wo speziell sehen Sie da besonders interessante Einsatzfälle für die Automatisierungstechnik?

Winzenick: Besonders attraktiv für die Automationstechnik ist der Markt im Bereich der Biokatalyse und Fermentation. Bedarf zur Automatisierung besteht in der Biokatalyse fortwährend, selbst die ältesten biotechnologischen Produktionsverfahren, wie etwa das Bierbrauen, weisen Potenziale auf. Automatisierungsbedarfe bestehen dort, wo die Ausbeuten biokatalytischer Prozesse erhöht, die Produktionssicherheit verbessert und die Produktqualität optimiert werden können. Durch neue Methoden der Messtechnik kann die Leistungsfähigkeit biokatalytischer Verfahren beträchtlich verbessert werden.

Zukünftige Märkte liegen in der Online-Analyse der biokatalytischen Prozesse. Für die Prozessanalyse und -bewertung werden innovative Sensorkonzepte zur Verbesserung der Prozesskontinuität, der Produktionssicherheit und der Effizienz benötigt. Hier sehe ich einerseits einen Markt für neuartige Labormesstechnik, andererseits für industrietaugliche Sensorik für die biokatalytische Produktion.

Welche Rolle spielt dabei die Mikroverfahrenstechnik?

Winzenick: Die Reaktionstechnik im Mikro- bis Millimetermaßstab ist ein vielversprechendes Innovationsfeld. Strömungsreaktoren zur kontinuierlichen Prozessführung und damit eng zusammenhängende Gebiete der Mikroverfahrenstechnik, der Mikrofluidik und der Flow Chemistry gewinnen zunehmend in der Produktion an Bedeutung und werden damit auch für die Automationstechnik als Markt relevant. Steuerungstechnisch besteht die Anforderung darin, hohe Durchsätze und Masseflüsse bei tolerierbaren Druckverlusten zu realisieren. Bei komplexen Aufgaben werden angepasste Speziallösungen erforderlich. Messtechnische Marktanforderungen sind Sensoren mit kurzen Ansprechzeiten und kurzen Reaktionszeiten.

Werden Bioproduktionssysteme in Zeiten – und damit schließt sich der Bogen – niedrigster Ölpreise Bedeutung erlangen können?

Winzenick: Wie in unserer publizierten ZVEI-Technologie-Roadmap „Industrielle Biotechnologie“ dargelegt, betrug bereits im Jahr 2013 der Gesamtmarkt für industrielle Biotechnologie in der EU 28 Milliarden Euro. Zu den wichtigsten Marktsegmenten gehören Antibiotika, Biogas und Bioethanol, gefolgt von Aminosäuren, Vitaminen und Enzymen. Die industrielle Biotechnologie ist somit – ähnlich wie die Recyclingbranche – sowohl ein etablierter Markt als auch ein Zukunftsmarkt. Ein wichtiger Einflussfaktor für die weitere Entwicklung der industriellen Biotechnologie ist natürlich die Entwicklung der Rohstoffpreise, und zwar sowohl des Erdölpreises als auch der Preise für nachwachsende Rohstoffe. Sollte sich der Ölpreis über mehrere Jahre auf dem derzeitig niedrigen Niveau halten, wäre eine abgeschwächte Marktdynamik die Folge, in den Bereichen in denen nachwachsende Rohstoffe mit petrochemischen Grundstoffen konkurrieren.

Langfristig wegweisend sind jedoch auch gemeinsame Strategieprozesse von Forschung, Wirtschaft und Politik. Auf EU-Ebene wird die Bioökonomie nach wie vor als Leitmarkt für nachhaltiges Wachstum angesehen. Ziel der EU-Kommission ist es, den Marktzugang für biobasierte Produkte zu verbessern, damit der Wandel zu einer bio-basierten Ökonomie vorangetrieben wird. Gerade vor dem Hintergrund der gefassten Beschlüsse auf der UN-Klimakonferenz in Paris kann die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen durchaus ein Teil der Lösung sein und zur Reduktion der Treibhausgasemissionen beitragen.

In Deutschland bietet der Strategieprozess Biotechnologie 2020+ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) eine langfristige Orientierung für die Automatisierungsindustrie. Mit dieser Initiative soll die Grundlage für biotechnologische Produktionsverfahren der Zukunft gelegt werden, die über die heute verfügbaren fermentativen oder biokatalytischen Verfahren hinausgehen. Für eine großtechnische Erschließung dieser Verfahren wird Automatisierungstechnik einen bedeutenden Beitrag leisten.