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CO2-Neutralität ETH Zürich: Eine CO2-neutrale Chemieindustrie ist möglich

| Redakteur: Alexander Stark

ETH-Forschende analysierten verschiedene Möglichkeiten, die Netto-CO2-Emissionen der chemischen Industrie auf null zu reduzieren. Die Wissenschaftler kommen zum Schluss: Eine CO2-neutrale chemische Industrie ist möglich.

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ETH-​Forschende analysierten verschiedene Möglichkeiten, die Netto-​CO2-​Emissionen der chemischen Industrie auf null zu reduzieren.
ETH-​Forschende analysierten verschiedene Möglichkeiten, die Netto-​CO2-​Emissionen der chemischen Industrie auf null zu reduzieren.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Zürich/Schweiz – Mit ihren CO2-Emissionen trägt die chemische Industrie zum Klimawandel bei. Eine Umstellung ist schwierig, denn während sich viele andere Industriezweige vor allem mit ihrer Energieeffizienz beschäftigen müssen, kommt für die chemische Industrie noch die Frage nach den Rohstoffen dazu. Polymere, Kunststoffe, synthetische Textilfasern und Medikamente enthalten Kohlenstoff. Irgendwoher muss dieser kommen. Zurzeit stammt dieser Kohlenstoff zu einem überwiegenden Teil aus Erdöl und Erdgas. Bei der Produktion, und wenn die chemischen Produkte an ihrem Lebensende verbrannt oder zersetzt werden, kommt es zur Freisetzung von CO2.

Marco Mazzotti, Professor für Verfahrenstechnik an der ETH Zürich hat nun zusammen mit Kollegen der ETH Zürich und der Universität Utrecht verschiedene Ansätze, die Netto-CO2-Emissionen der chemischen Industrie auf null zu reduzieren, systematisch und mit konkreten Zahlen miteinander verglichen. Die Wissenschaftler nutzten dazu als Fallbeispiel die Herstellung von Methanol. Die wichtigsten Schlussfolgerungen der neuen Studie: Auch für die chemische Industrie ist das Netto-Null-Ziel erreichbar. Alle untersuchten Ansätze, das Ziel zu erreichen, haben jedoch neben Vorteilen auch Nachteile, die in unterschiedlichen Weltregionen unterschiedlich zum Tragen kommen. Und alle diese Ansätze benötigen mehr Energie (in Form von Strom) als heutige Produktionsweisen.

CO2 abscheiden oder Biomasse nutzen

Ein Ansatz sieht vor, weiterhin fossile Rohstoffe zu nutzen, CO2-Emissionen jedoch konsequent abzuscheiden und im Untergrund zu speichern (Carbon Capture and Storage, CCS). Dies hätte den großen Vorteil, dass die heutigen industriellen Herstellungsprozesse nicht verändert werden müssten. Allerdings braucht es dazu geologisch geeignete Speicherstätten, zum Beispiel tiefe Sedimentschichten, die Salzwasser enthalten. Nicht überall auf der Welt sind solche vorhanden.

Die heutige Produktionsweise (links) und die drei untersuchten Ansätze (rechts) im schematischen Überblick.
Die heutige Produktionsweise (links) und die drei untersuchten Ansätze (rechts) im schematischen Überblick.
(Bild: adaptiert von Gabrielli P et al. Industrial and Engineering Chemistry Research 2020)

In einem anderen Ansatz würde die Industrie künftig Kohlenstoff aus CO2 nutzen, das zuvor aus der Luft oder aus Industrieabgasen abgeschieden wurde (Carbon Capture and Utilisation, CCU). Der für die chemischen Produkte benötigte Wasserstoff würde mit Elektrizität aus Wasser gewonnen. Die Produktionsprozesse würden damit stark verändert, grosse Teile der Industrieinfrastruktur müssten neu gebaut werden. Außerdem benötigt dieser Ansatz extrem viel Strom – sechs- bis zehnmal mehr als die CCS-Variante. Der Ansatz sei nur in Ländern mit einem CO2-neutralen Strommix zu empfehlen, so ETH-Professor Mazzotti. Würde man dafür zu einem großen Teil Strom aus Kohle- oder Gaskraftwerken nutzen, wäre dieser Ansatz für das Klima sogar deutlich schlechter als die heutige, auf fossilen Rohstoffen beruhende Produktionsweise.

Event-Tipp der Redaktion – Prozessindustrie auf dem Weg zur CO2-Neutralität

Das 6. Energy Excellence Forum 2020 am 17. Juni 2020 im VCC in Würzburg begleitet als praxisnahe Innovationsplattform die Prozessindustrien auf ihrem Weg in die CO2-Neutralität. In der eintägigen Veranstaltung erhalten die Teilnehmer in Vorträgen, Diskussionsrunden und Workshops praxisnahe Impulse für die Umgestaltung ihrer Produktionsprozesse. Experten diskutieren aktuelle Entwicklungen zeigen Lösungsansätze, Best Practices und Erfolgsfaktoren auf, die jetzt wichtig sind. Ebenso stehen technologische Entwicklungen sowie Förderungen und rechtliche Rahmenbedingungen im Fokus der Veranstaltung.

Schließlich wäre es auch möglich, Biomasse (Ölpflanzen, Zuckerpflanzen, Holz) als Rohstoff für die chemische Industrie zu nutzen. Dieser Ansatz braucht weniger Strom als die anderen, allerdings extrem viel Land, um die Pflanzen anzubauen: Im Vergleich zu den anderen Ansätzen wird 40- bis 240-mal mehr Land benötigt.

Zukunft des Flugverkehrs

Bei der Produktion von Treibstoffen werden ähnliche Verfahren genutzt wie bei der dieser Studie zugrundeliegenden Herstellung von Methanol. Daher wirkt sich die Arbeit auch auf die Diskussion um künftige Luftfahrtstreibstoffe aus, wie Mazzotti betont. Man höre immer wieder – auch von Fachleuten –, der einzige Weg für die Luftfahrt, CO2-neutral zu werden, sei die Verwendung von synthetischen Treibstoffen, so der ETH-​Professor. Das stimmt seiner Ansicht nach aber nicht. Die Produktion von synthetischen Treibstoffen sei extrem energieintensiv. Werde dazu Strom aus Kohle- oder Gaskraftwerken benutzt, hätten synthetische Treibstoffe sogar einen größeren CO2-Fußabdruck als fossile Treibstoffe. Die Studie zeigt, dass es mindestens zwei valable Alternativen zu synthetischen Treibstoffen gibt: Die Luftfahrt könnte weiterhin fossile Treibstoffe verwenden, wenn das von Flugzeugen ausgestoßene CO2 andernorts aus der Luft abgeschieden und gespeichert wird. Oder man könnte die Treibstoffe aus Biomasse gewinnen.

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