Chemie 10.12.2010, 19:50 Uhr

„Wir setzen auf die industrielle Evolution“

Die sogenannte weiße Biotechnologie setzt darauf, die Chemie, Deutschlands viertgrößte Branche, umzukrempeln. Von riesigen Fabriken, die ihre Produkte vor allem aus Erdöl gewinnen, hin zu kleineren Einheiten. Intelligent entwickelte Mikroorganismen sollen dort nachwachsende Rohstoffe in chemische Produkte umwandeln – energieeffizient und klimafreundlich. So wie bei der Süd-Chemie in München. Dort arbeitet Andre Koltermann als Leiter der strategischen Forschung daran, Biokraftstoff demnächst aus Stroh zu gewinnen.

Eigentlich wollten wir uns am „Werkstor“ der Süd-Chemie treffen. Doch das gibt es so nicht: Das Reich des Andre Koltermann sind drei Etagen in einem mehrstöckigen Funktionsbau im Münchener Süden. Das „Werkstor“ ist ein normaler Gebäudeeingang. Und das passt auch. Denn Koltermanns Vision ist, für die Zukunft in Zeiten schwindender Erdölreserven Alternativen zu den petrochemischen Megafabriken zu entwickeln.

Koltermann ist Leiter der strategischen Forschung der Süd-Chemie AG. Und er arbeitet daran, mit intelligent gentechnisch selektierten Mikroorganismen neue chemische Fabrikationsmethoden zu entwickeln. Weiße Biotechnologie heißt das im Fachjargon.

Koltermanns konkretes Ziel: Stroh zu Biosprit verwandeln. Das wäre nicht nur nachhaltiger, als aus Lebensmittelgrundstoffen wie Getreide Biokraftstoffe zu gewinnen. Dies alles könnte in Fabriken geschehen, die weniger Energie und Ressourcen benötigen als die bisherigen.

„Maßgeschneiderte Biokatalysatoren helfen uns, aus der im Stroh enthaltenen Zellulose den enthaltenen Zucker herauszulösen. Der lässt sich zu Alkohol vergären und daraus wird Ethanol gewonnen“, lautet Koltermanns Kurzfassung.

Wie das aussieht, zeigt der gelernte Biotechnologie-Ingenieur im Erdgeschoss. In einem größeren Labor mit hohen Decken – dem Technikum – pröttelt eine Laboranlage im „miniaturisierten Industriemaßstab“ vor sich hin. In der Tat finden sich Strohhalme dort, wo der Rohstoff in die Mini-Chemiefabrik gefüttert wird.

Zwei Arbeiter haben gerade einen Teil der Anlage geöffnet. Zu sehen ist eine sirupartige, von Bröseln durchsetzte bräunliche Maische. Hier sind Enzyme am Werk und bewerkstelligen die Umwandlung der Strohzellulose zu Zucker. „Wenn man das jetzt probieren würde, würde es süßlich schmecken“, sagt Koltermann und lächelt gewinnend.

Bis zu 2 t Bioethanol jährlich haben die Süd-Chemie-Forscher hier seit 2009 bereits aus Getreidestroh erzeugt. Jetzt wird auf dem bayerischen Biocampus in Straubing eine Demoanlage gebaut, die ab Ende 2011 1000 t pro Jahr liefern und das von Koltermann und Co. entwickelte Sunliquid-Verfahren zur industriellen Serienreife führen soll.

„Kommerzielle Großanlagen für die Bioethanolherstellung aus Getreidestroh werden eine Jahreskapazität von 50 000 t bis 150 000 t haben“, sagt Koltermann. „Wir sind mittlerweile so weit, dass die Rohstoffkosten den Preis für das Endprodukt, den Bioethanol, dominieren.“ 28 Mio. € steckt die Süd-Chemie in das Vorhaben 16 Mio. € an Investitionen, der Rest des Geldes geht in Forschungsvorhaben. BMBF und bayerische Staatsregierung steuern jeweils 5 Mio. € bei.

Wie teuer der Liter Biosprit wirklich wird, vermag Koltermann nicht genau zu sagen. „Das hängt von den Rohstoffkosten und der Anlagengröße ab“, sagt er. Bei den Biotech-Verfahren habe es jedoch bisher immer eine große Lernkurve gegeben, so dass jährlich noch zwischen 5 % und 10 % Kostensenkung drin seien.

Als die Süd-Chemie vor fünf Jahren anfing, sich für den Bereich weiße Biotechnologie zu interessieren, kam Koltermann zum richtigen Zeitpunkt: Er brachte die Expertise für die Biotechnologie mit, die Süd-Chemie über 150 Jahre Know-how im Bereich der chemischen Verfahrens- und Prozesstechnik. „Das bei der Süd-Chemie vorhandene Know-how über die gesamte Prozesskette war das, was mich gereizt hat“, sagt Koltermann. „Nur so können Sie Systemlösungen entwickeln.“

Denn so einfach es aussieht – die richtigen Enzyme zu finden, die Stroh erfolgreich und effizient in Kraftstoff umwandeln können, ist alles andere als trivial. Das Geheimnis nennt sich gerichtete Evolution: Der Mensch vollzieht im Labor im Zeitraffer das, wofür die Natur viel länger braucht. Im Falle von Koltermann und der Süd-Chemie sind das Enzyme, die die sogenannte Lignozellulose im Stroh und anderen Pflanzenresten in Zucker umwandeln. Und die das auch in einer Umgebung wie einem Bioreaktor tun.

Zwei Etagen über dem Technikum wandern Hunderttausende Proben systematisch in Versuchsanlagen. Hier findet das sogenannte Screening statt: Der systematische Test gentechnischer oder natürlicher Variationen von Enzymen. „Der wichtigste Punkt dabei ist, das man möglichst anwendungsnah am späteren Prozess sein muss, weil man sonst Artefakte bekommt“, sagt Koltermann. Dem schließt sich dann eine Art Filtersystem an, in dem man die leistungsfähigsten Enzyme immer weiter selektiert und die Messlatte Runde für Runde immer höher legt. „Mit den besten Varianten geht man dann in den technischen Prozess, bei dem noch einmal selektiert wird, um schließlich den für einen bestimmten Rohstoff und die jeweiligen technischen Prozessbedingungen leistungsfähigsten und robustesten Mikroorganismus zu gewinnen.“

Wie dieses systematische Screening für industrielle Anwendungen funktioniert, damit beschäftigt sich der in Westfalen aufgewachsene Koltermann schon seit vielen Jahren. „Ich war immer sehr industrie- und anwendungsorientiert“, sagt er. Nach dem Studium an der TU Berlin ging er 1994/95 für ein Projekt in die USA zu einer Schering-Tochter.

Zum Durchbruch verhalf ihm Manfred Eigen, damals Leiter des Max-Planck-Instituts für Biophysikalische Chemie in Göttingen und Chemie-Nobelpreisträger. „Das war eine große Chance. Manfred Eigen war der einzige, der mir als jungem Wissenschaftler die Freiheit ermöglichte, meine eigenen Ideen mit umzusetzen.“

Koltermann spricht noch heute mit Begeisterung von seinem Doktorvater: „Er hat immer die Ideen des anderen akzeptiert und zugelassen, und das habe ich von ihm gelernt.“ Bei seiner eigenen Arbeit als Vorgesetzter habe er die Prämisse: „Das Wichtigste ist das Vertrauen in die Innovation der Mitarbeiter.“

Der Süd-Chemie-Forschungsleiter sieht sich selbst als Teamarbeiter. „Man kann am meisten erreichen, wenn man ein gutes Team hat. Wir haben hier sehr gute, aber auch sehr unterschiedliche Leute. Anders kommen Sie auf einem so interdisziplinären Gebiet gar nicht voran.“ Von Molekularbiologen über Chemiker bis zu Ingenieuren seien Experten aus allen Richtungen dabei.

Die Teamarbeit hat Koltermann 2000 vom Max-Planck-Arbeitsgruppenleiter zum CEO eines Start-ups namens Direvo katapultiert. Er und seine heutigen Kollegen Ulrich Kettling und Jens Stephan gründeten das Unternehmen. „Wir haben damals die Grundlagen geschaffen, nah an der technischen Anwendung zu screenen – in einer Größenordnung, die man in der Industrie braucht. Das gab es damals noch nicht.“

Direvo ist heute Geschichte. 2005 fiel die Entscheidung, das Unternehmen zu verkaufen. Koltermann ging 2006 zur Süd-Chemie, 2008 schlupfte Direvo bei Bayer Schering Healthcare unter – für 210 Mio. € „Ich glaube, es ist immer noch der größte deutsch-deutsche Biotech-Deal, der jemals gemacht wurde“, sagt Koltermann nicht ohne Stolz.

Wenn der Forschungsleiter heute durch die Flure und Labore eilt, merkt man deutlich, dass er seine Leute kennt und weiß, was sie machen. Er selbst stehe zwar nicht mehr im Labor, da ihm das Tiefenwissen fehle. Seine Philosophie, ganz im Sinne der gerichteten Evolution: „Die Leute vor Ort treiben die Innovation voran, und ich versuche dann der Innovation den richtigen Weg zu bereiten.“

Heute sieht er sich als Forschungs- und Innovationsmanager. Aber einmal wöchentlich trifft man sich auf Fachebene und manchmal „darf“ er – wie er es ausdrückt– auch „Anregungen“ geben. Und dann kommt vielleicht noch einmal ein Patent für ihn heraus, wie im Sommer dieses Jahres.

Seine zweite Hauptaufgabe sieht Koltermann darin, ein Ohr am Markt zu haben und Markteintritte vorzubereiten. „Das ist ganz wichtig. Unsere Entwicklungsprozesse dauern teilweise über Jahre, gleichzeitig sind wir in einem hochdynamischen Markt, in dem sich laufend Marktbedingungen und die Wünsche unserer Kunden verändern. Darauf müssen wir reagieren können.“ Auch gelte es, Zukunftstrends rechtzeitig erkennen können.

Bei Biokraftstoff ist sich die Süd-Chemie ziemlich sicher, dass sie den Nerv der Zeit trifft. „Wir haben bereits heute Anfragen und Interesse aus aller Welt“, sagt Koltermann. Das liege an politischen Rahmenbedingungen wie in der EU – hier sind ab 2020 rund 10 % Biospritanteil vorgeschrieben. Ebenso in den USA: 2022 müssen dort 15 % Biospritanteil erreicht sein, 60 % davon auf Basis von Lignozellulose – also genau die Ausgangsstoffe, auf die sich die Süd-Chemie mit dem Sunliquid-Verfahren konzentriert.

Ein Strukturwandel hin zu vielen dezentralen Anlagen. „Mit nachwachsenden Rohstoffen, die ja eine recht geringe Energiedichte haben, können Sie keinen zentralen Ansatz mit Megaanlagen fahren“, ist er überzeugt. Berechnungen gingen davon aus, dass Stroh, das 50 km transportiert werde, bereits seinen Energieinhalt verbraucht habe.

Riesige Werkstore wie bei den großen Ölraffinerien sind dafür nicht nötig. „Man wird einen Betriebsingenieur brauchen, der die Anlage fährt, und ein paar Leute für die Bedienung. Das wäre es aber dann auch.“ STEPHAN W. EDER

Ein Beitrag von:

  • Stephan W. Eder

    Stephan W. Eder

    Redakteur VDI nachrichten
    Fachthemen: Energie, Energierohstoffe, Klimaschutz, CO2-Handel, Drucker und Druckmaschinenbau, Medien, Quantentechnologien

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