Kohlenstoff-Abscheidung

Die Internationale Energieagentur stuft den Chemiesektor derzeit als nicht auf dem richtigen Weg ein, um seine CO₂-Emissionsreduktionsziele zu erreichen. Die direkten CO₂-Emissionen aus der chemischen Primärproduktion blieben 2022 relativ konstant (rund 935 Mio. t), was vor allem auf eine Stagnation der Produktion zurückzuführen ist. Die Emissionen der Industrie müssen jedoch in den nächsten Jahren ihren Höchststand erreichen und dann bis 2030 sinken - und zwar um 18 % gegenüber 2022, obwohl die Produktion steigt.

Die chemische Industrie ist der größte industrielle Energieverbraucher und der drittgrößte industrielle Teilsektor bei den direkten CO₂-Emissionen. Das liegt vor allem daran, dass der größte Teil des Energieoutputs der Branche in Form von fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl und Gas verbraucht wird. Aus diesem Grund schlägt die IEA vor, dass der wichtigste Weg zur Dekarbonisierung über die Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS) führt. Dies geht einher mit der Verwendung von Elektrolytwasserstoff.

Auch wenn es einige Fortschritte bei der Einführung von CCUS im Chemiesektor gegeben hat, um die Ziele des Pariser Abkommens zu erreichen, muss der Fortschritt viel schneller gehen. Warum also Kohlenstoffabscheidung? Die CCUS-Technologie gibt es bereits seit den 1970er Jahren. Jährlich werden weltweit 45 Mio. Tonnen CO₂ abgeschieden, und rund 300 Projekte befinden sich in der Entwicklung. Anders als bei der elektrolytischen Wasserstofferzeugung, wo die Technologie noch nicht in großem Maßstab eingesetzt wird.

Die fortschrittlichste und am häufigsten eingesetzte CCUS-Technologie ist die Absorption auf Aminbasis, mit der bis zu 95 % der CO₂-Emissionen aus industriellen Prozessen abgeschieden werden können. Nach der Abscheidung wird die chemische Verbindung durch ein Rohrnetz oder über Land zur unterirdischen Speicherung in geologischen Formationen transportiert. Alternativ kann sie auch in Produkten wie Beton, Kunststoffen und sogar synthetischen Kraftstoffen verwendet werden. Es ist klar, dass die chemische Industrie diese Technologie bereits bis zu einem gewissen Grad nutzt. Ende 2023 verfügte die Ethanolindustrie über die zweitgrößte Anzahl von CCUS-Anlagen weltweit, während Wasserstoff, Ammoniak und Düngemittel zusammengenommen an vierter Stelle lagen.

Tatsächlich wird für die weltweite Kohlenstoffabscheidungskapazität im Chemiesektor bis 2030 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von mehr als 14 % prognostiziert, wobei in den nächsten Jahren bahnbrechende Projekte in Betrieb genommen werden, die die Kapazität erhöhen. Und die IEA sagt voraus, dass bis 2050 bis zu 56 % der primären Chemieproduktion mit CCUS ausgerüstet sein werden. Da die Industrie sowohl Erzeuger als auch potenzieller Verbraucher von CO₂ ist und viele Produkte und Prozesse im Zusammenhang mit der organischen Chemie Kohlenstoff zur Bildung komplexer Verbindungen benötigen, ist dies sinnvoll.

Es ist klar, dass die Industrie sieht, dass abgeschiedenes CO₂ ein großes Potenzial hat, fossile Brennstoffe als Kohlenstoff-Rohstoff zu ersetzen und ihr gleichzeitig zu helfen, ihre Verpflichtungen zur Dekarbonisierung zu erfüllen. Neben der Industrie haben auch die Regierungen das Potenzial von CCUS erkannt. Mehrere Länder, darunter Frankreich, das Vereinigte Königreich und Deutschland, haben Fahrpläne und Strategien zur Förderung der Entwicklung von CCUS aufgestellt. Aber es muss zweifellos noch mehr getan werden.

Vor der Einführung der CCUS-Technologie müssen technische Überlegungen angestellt und Anpassungen vorgenommen werden. Beispielsweise wird in dem Prozess Dampf verwendet, so dass sich die Betreiber Gedanken darüber machen müssen, woher dieser kommen soll. Außerdem wird Wärme erzeugt, die gehandhabt werden muss und sogar in bestehende Heizprozesse innerhalb der Anlage eingespeist werden könnte, um die Gesamtwirtschaftlichkeit des Projekts zu verbessern. Es gibt auch Raum für eine fortschrittlichere CCUS-Technologie, die die Effizienz verbessern und besser auf den Chemiesektor zugeschnitten sein könnte.

Neben der technischen Anwendung gibt es noch weitere Herausforderungen für die Einführung von CCUS. Wie bei jeder Anlagenmodernisierung sind für die Technologie Vorabinvestitionen erforderlich, was in einem unter Kostendruck stehenden Sektor schwierig sein kann. Es besteht die Hoffnung, dass ein Aufwärtstrend im europäischen Emissionshandelssystem die Wirtschaftlichkeit der Investitionen unterstützen kann. Auch der neue EU-Mechanismus zur Anpassung der Kohlenstoffgrenzwerte, der für einige in die EU eingeführte Waren, darunter Düngemittel und Wasserstoff, einen Preis für Kohlenstoff vorsieht, könnte die heimische Industrie unterstützen. Die Ungewissheit in diesen Bereichen und die manchmal uneinheitliche Politik der Regierungen stellen jedoch nach wie vor eine Herausforderung für solche langfristigen Investitionen dar. Ein weiteres Problem ist der europaweite Fachkräftemangel, von dem zahlreiche Branchen betroffen sind, darunter auch die chemische Industrie. Der verstärkte Einsatz von CCUS in schwer abbaubaren Industrien als Teil der Energiewende wird zweifellos die Entwicklung neuer Qualifikationen erfordern. Diese werden benötigt, um die Technologie nicht nur zu betreiben, sondern auch zu verbessern, um ihr Potenzial zur Verringerung der Kohlenstoffemissionen zu maximieren.

Die Industrie reagiert jedoch auf dieses Problem mit verschiedenen Initiativen und speziellen Einrichtungen. So verfügt das Imperial College London im Vereinigten Königreich als erste Bildungseinrichtung der Welt über eine Pilotanlage zur Kohlenstoffabscheidung. Die vierstöckige Anlage ist mit dem verteilten Prozessleitsystem von ABB sowie Messinstrumenten und Software der neuesten Generation ausgestattet und bereitet die nächste Generation von Ingenieuren für Kohlenstoffabscheidung und -verarbeitung vor.

Bis die Welt ein neues Niveau der Energieeffizienz erreicht und vollständig auf erneuerbare Energien und deren Speicherung umgestellt hat, wird die Kohlenstoffabscheidung ein wesentlicher Bestandteil der Gleichung zur Dekarbonisierung sein.

Zusammen mit der Verbesserung der Prozesseffizienz, der Wiederverwertung von Chemikalien im Hinblick auf eine Kreislaufwirtschaft und der Verwendung von Wasserstoff und Biomasse als Ausgangsstoffe kann CCUS als potenzieller Wegbereiter angesehen werden.

| Originalversion veröffentlicht in ACHEMA Inspire, Ausgabe Mai 2024 | Deutsche Übersetzung durch DECHEMA Ausstellungs-GmbH |