Gründerpreisträger 2020: Siegerporträt
10. Dezember 2021 6:06  Uhr

Mit Elektrolyse Chemie völlig neu denken

ESy-Labs hat im Mai den mit einem Firmenporträt dotierten Gründerpreis gewonnen. Mit der Idee, auf Basis von Elektrosynthese Reststoffe zu recyceln oder organische Feinchemie herzustellen, trifft das Start-up den Nerv der Zeit.

Dr. Tobias Gärtner, CEO, und Prof. Dr. Siegfried R. Waldvogel, CTO ESy-Labs GmbH, haben rund um die Möglichkeiten des Elektrochemie-Einsatzes ein breites Portfolio entwickelt, das vom Recycling anorganischer Reststoffe bis zur Gewinnung organischer Rohstoffe als Ersatz für die Petrochemie reicht. | Fotos: Attila Henning, Eric Lichtenscheidt

Von Mechtild Nitzsche

REGENSBURG. Im Jahr 2018 gegründet, den Umsatz von 2019 auf 2020 verzehnfacht, seit 2020 in den schwarzen Zahlen: Die noch junge Geschichte des Regensburger Start-ups und aktuellen WZ-Gründerpreisträgers ESy-Labs beweist, dass das Geschäftsmodell von Dr. Tobias Gärtner und Prof. Dr. Siegfried R. Waldvogel trägt. Im Zentrum des Start-ups, das neben den beiden Gründern noch aus drei weiteren Mitarbeitern besteht, steht die Elektrochemie. Um sie herum hat ESy-Labs, das die Größenlücke zwischen den Minimalmengen im Labor und dem Bereich von mehreren Tonnen schließen möchte, ein breites Portfolio entwickelt, das von der Beratung über Forschung und Entwicklung neuer Elektrosyntheseverfahren im Auftrag bis zur Synthese im Kundenauftrag und Lizenzmodellen reicht.

„Elektrolyse kennen viele, von der Wasserstoffherstellung oder der Batterieentwicklung“, erklärt Dr. Tobias Gärtner. „Wir nutzen sie allerdings anders: für die Aufbereitung von anorganischen Reststoffen und für die Herstellung organischer Feinchemikalien.“ Die Idee, statt teurer Reagenzien für die Redoxreaktion Strom einzusetzen, hilft dabei nicht nur, Chemieabfall zu vermeiden. „Mit Stromkosten zwischen 7 und 80 Cent pro Kilogramm ist diese Technologie im Vergleich zu chemischen Reagenzien auch konkurrenzfähig“, erklärt Gärtner.

Große Elektrolyseanlagen haben einen großen Strombedarf und deshalb im Idealfall Anschluss an eine Energieerzeugung. ESy-Labs etwa pflegt eine Kooperation mit dem Zweckverband Müllverwertung Schwandorf, mit dem es neue Geschäftsmodelle für die Nutzung von Elektrizität sowie Verfahren zum Recycling von Reststoffen aus dem Rauchgas entwickelt (siehe unten). Außerdem könnten für Wind- oder Solarparks, für die nun vermehrt die EEG-Förderung ausläuft, Kooperationen einen sinnvollen Weiterbetrieb ermöglichen. Hier kommt laut Gärtner noch ein weiterer Aspekt ins Spiel, der die Energiewende unterstützen kann: „In den Bereichen, in denen wir tätig sind, können wir Stromlasten verschieben und die Elektrolyseanlagen kurzfristig hoch- und runterfahren. Damit wird es möglich, am Regelenergiemarkt teilzunehmen.“

Rauchgasrückstände aus Gießereien und Verbrennungsanlagen bieten Reststoffe mit unterschiedlicher Konzentration und Zusammensetzung. Foto: Istvan Pinter

Der ewige Kreislauf des Metalls

ESy-Labs setzt Elektrolyse in der organischen wie in der anorganischen Chemie ein. Bei Letzterer richtet es den Blick auf Stoffe, die für andere Abfall sind: Rauchgasrückstände aus Verbrennungsanlagen, Gießereien oder Feuerverzinkereien, die sonst auf der Deponie oder in minderwertigem Recycling landen würden.

„Wir sind immer auf der Suche nach Reststoffen“, erklärt Dr. Tobias Gärtner. „Derzeit für uns der wichtigste Ziel-Rohstoff daraus ist Zink, aber es geht auch um andere anorganische Stoffe wie Kupfer, Aluminium oder Mineralien.“ Die Reststoffe analysiert ESy-Labs und entwickelt Elektrolyseverfahren, mit denen sie sich für die weitere Verwendung aufbereiten lassen.

Anders als etwa bei Kunststoffen gehe es dabei nicht um Downcycling, sondern um Recycling im Wortsinn: „Das ist das Schöne an Metall: Egal ob eingeschmolzen oder elektrochemisch behandelt, es ist unendlich oft einsetzbar. Sie können Zink verarbeiten, einschmelzen, verarbeiten, über Elektrolyse wieder aufbereiten – es wird immer Zink bleiben und nicht verloren gehen, solange man auch die bisher wenig beachteten Reststoffe im Kreislauf behält.“

Zink wird breit eingesetzt: für Korrosionsschutz, als Katalysator in der Reifenherstellung, als Farbpigment, in Kosmetikartikeln und sogar für Nahrungsergänzungsmittel. Entsprechend häufig findet es sich als Rückstand, allerdings in unterschiedlicher Konzentration und Zusammensetzung – und darin besteht die Herausforderung, so Gärtner: „Hier kommt unser Know-how ins Spiel, und unsere stets wachsende ‚Bibliothek‘ aus verschiedenen Reststoffen.“ Bei der Analyse wird auch geprüft, was sich zusammenführen lässt. „Fallen bei einem Betrieb fünf Tonnen Reststoff jährlich an, rentiert sich eine eigene Anlage nicht. Ist dieser Reststoff aber einem ähnlich, der in anderen Betrieben mit 200 Tonnen anfällt, kommt man in Summe in Bereiche, in denen der Betrieb einer Anlage interessant wird.“ Und zwar in zweierlei Hinsicht: hinsichtlich steigender Rohstoffpreise und aus Gründen der Nachhaltigkeit.

Vernetzung ist hier der Schlüssel zum Erfolg, zum Beispiel auf der Dialogplattform Recycling-Rohstoffe www.recyclingrohstoffe-dialog.de, deren Publikationen Gärtner Interessierten empfiehlt. „Hier tauschen sich die Marktplayer verschiedenster Größe und Branchen wie Entsorgungsbetriebe, Industriebetriebe oder Hersteller von Rohstoffen aus Primärquellen darüber aus, wo welche Reststoffe anfallen und wie sie wieder nutzbar gemacht werden können.“ Neben einer Bestandsaufnahme würden hier auch noch bestehende Barrieren für das Reststoffrecycling und politische Rahmenbedingungen diskutiert.

Elektronen statt Bakterien

Auch in der organischen Synthesechemie, dem Schwerpunkt von Prof. Dr. Siegfried R. Waldvogel, verwendet ESy-Labs Elektrochemie, etwa zum Aufbau von Molekülen für die organische Feinchemie. Hier engagiert sich das Start-up neben Kooperationsprojekten mit einschlägigen Unternehmen wie zum Beispiel Wacker Chemie auch in verschiedenen Forschungsprojekten.

Ein Beispiel ist die Herstellung von Vanillin auf Holzbasis. „Durch Elektrolyse ist es möglich, das in Lignin gebundene Vanillin herauszulösen“, erklärt Dr. Tobias Gärtner. Lignin fällt an, wenn von Holz Zellulose abgetrennt wird, etwa im Prozess der Zellstoffherstellung. Dieses biobasierte Vanillin ist baugleich dem aus der Schote bekannten und dem synthetischen Vanillin und kann ebenso verwendet werden – in Lebensmitteln, für Duftkerzen und alle weiteren Anwendungsgebiete für Aromastoffe.

An Flusszellen wie dieser wird Strom angelegt, der in der durchfließenden Lösung die Redoxreaktion auslöst. Foto: Istvan Pinter

Noch in der Begutachtungsphase befindet sich ein Forschungsprojekt, das sich ebenfalls auf den Grundstoff Holz bezieht – respektive auf Tallöl, ein weiteres Nebenprodukt der Zellstoffherstellung. Mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie möchte ESy-Labs zur Kolbelektrolyse, der ältesten bekannten elektroorganischen Reaktion forschen. Ziel ist es, aus Fettsäuren, die durch Destillation aus dem Tallöl gewonnen werden, durch Elektrolyse beispielsweise Wachs oder andere Kohlenwasserstoffe zu gewinnen. „Diese Stoffe können Basis für verschiedenste Anwendungen werden, die bisher aus der Raffination von Erdöl kommen“, sagt Gärtner. Elektrolyse könnte so ein wichtiger Baustein auf dem Weg zu nachwachsenden Rohstoffen sein und auf lange Sicht eine Alternative zur erdölbasierten Petrochemie bieten.

Ein aktuelles Beispiel für die Möglichkeiten der Elektrolyse in der organischen Chemie ist der Einsatz in dem Prüfprozess, den Pharmazeutika vor ihrer Zulassung durchlaufen. Hier werden nicht nur die Wirkstoffe geprüft, sondern auch alle Abbauprodukte, die im Körper anfallen können. „Diese Stoffwechselprodukte werden im herkömmlichen Verfahren in biotechnologischen Prozessen erzeugt“, erläutert Gärtner. Mikroorganismen wie etwa Bakterien verstoffwechseln die zu prüfenden Stoffe, die entstandenen Abbauprodukte werden anschließend wieder getrennt und analysiert – alles in allem ein aufwendiger und teurer Prozess, der gern vier Wochen oder länger dauern kann.

Einfacher geht das mit Elektrolyse, erklärt Gärtner: „Das, was die Mikroorganismen machen – oxidieren –, können wir auch, indem wir die Flusszellen als eine Art künstliche Lebern einsetzen. Das ist günstiger, weniger kompliziert und schneller: Bei uns ist das inklusive Analytik in einer Woche erledigt.“

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