Neues Leben für Abgas-Moleküle: Bringt Carbon2Chem die CO2-Kreislaufchemie?

Chemie aus CO2 Neues Leben für Abgas-Moleküle: Bringt Carbon2Chem die CO2-Kreislaufchemie?

08.02.2018 | Autor/ Redakteur: Dominik Stephan* / Dominik Stephan

So wollen Wissenschaft, Industrie und Politik in Sachen Abgas-Chemie an einem Strang ziehen. Es geht um 20 Millionen Tonnen CO₂: Diese Menge des Klimagases pusten alleine Deutschlands Stahlwerke Jahr für Jahr in die Atmosphäre. Entsprechend groß sehen Experten das Potenzial der stofflichen Nutzung von Abgasen. Kann das Mammutprojekt Schornsteinchemie gelingen? Die Carbon2Chem-Konferenz macht sich für Zusammenarbeit zwischen den Akteuren stark.

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Vom Schlot in den Reagenz-Kolben: Werden Abgase zum Rohstoff für Chemikalien? Ein Projekt am Stahlwerk Duisburg soll es vormachen.
(Bild: ©StudioLaMagica, © mitifoto, ©123dartist - stock.adobe.com; [M]GötzelHorn)

Du lebst nur zweimal – was James Bond kann, soll der Chemie nur billig sein. Ausgerechnet dem Klimakiller-Gas CO2 soll ein „zweites Leben“ eingehaucht werden – als Rohstoff für Polymere, Chemikalien oder synthetischen Kraftstoff. Carbon2Chem heißt ein Projekt, das die stoffliche Nutzung von Abgasen erforscht. Im Zentrum des Interesses stehen dabei sogenannte Hüttengase, Abgase aus Hochofenprozessen im Stahlwerk.

Diese ähneln in ihrer Zusammensetzung klassischen Synthesegasen und ermöglichen eine Vielzahl von Reaktionswegen, so die Forscher. Mit beträchtlichem Potenzial: Alleine die Anwendung in der deutschen Stahlindustrie könnte helfen, bis zu 20 Millionen Tonnen CO₂ einzusparen – das entspräche 10 % der CO₂-Emissionen des Landes.

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Gemeinsam forschen für das Stahlwerk der Zukunft: Bundesforschungsministerin Johanna Wanka mit Heinrich Hiesinger (l.), dem Vorstandsvorsitzenden von thyssenkrupp, der NRW-Wissenschaftsministerin Svenja Schulze und Robert Schlögl (r.), vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion

In einer Fermentation – hier im Labormaßstab – verwandeln spezielle Bakterien CO-haltige Gase durch Stoffwechselprozesse in wertvolle Chemikalien.

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Entsprechend hoffnungsfroh sind die Beteiligten: „Carbon2Chem kann sich zu einem Modell für ganz Deutschland entwickeln und hat das Potenzial, auch international ein Erfolgskonzept zu werden“, war sich Dr. Beate Wieland, Leiterin der Abteilung für Forschung und Technologie im Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung in NRW, sicher. Während an der ersten Technikumsanlage geschraubt wird, trafen sich die Köpfe hinter der CO₂-Chemie in Düsseldorf zur 1. Konferenz zur stofflichen Konversion der chemischen Industrie.

Hinter dem sperrigen Namen verbirgt sich ein Klassentreffen der besonderen Art: Vom Stahlwerk über die Chemie bis zu führenden Instituten reicht die „Mitgliederliste“ des Carbon2Chem-Netzwerks. Geballtes Know-how in Sachen Betrieb, Forschung und Verfahren. Beste Voraussetzungen, sollte man meinen.

Vom Stahlwerk in das Reagenzglas: Carbon2Chem unter der Lupe

Chemie aus Abgasen mit grünem Strom: Sogar Kohlendioxid kann ein Rohstoff sein – und dank intelligenter Laststeuerung auch die Energiewende unterstützen.

Zusammenarbeit gefragt

Doch machte das Spitzentreffen auch deutlich, wie schwierig der Transformationsprozess wird und welche Bedingungen die Nutzung von CO₂ überhaupt erst zum erhofften Nachhaltigkeitsturbo machen. „Entscheidend für Projekte, die große Probleme adressieren, ist die Zusammenarbeit zwischen wissenschaftlicher Grundlagenforschung und industrieller Anwendung“, erklärte Prof. Ferdi Schlüth vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mühlheim, Ruhr.

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Spezialchemie aus CO₂

Bio wird zur Alternative

Einen anderen Weg geht das Rheticus-Projekt, in dem Elektronik-Riese Siemens mit dem Essener Spezialchemie-Unternehmen Evonik gemeinsame Sache macht: Im Gegensatz zu anderen Projekten zur stofflichen Nutzung von CO₂ wie „Dream Production“ oder „Carbon2Chem“ würden die Forscher bei Rheticus auf eine Kombination von Elektrolyse- und Fermentationsprozessen setzen, erklärten die Unternehmen. Dabei sollen zunächst Kohlendioxid und Wasser mit Strom in Wasserstoff und Kohlenmonoxid (CO) umgewandelt werden – den entsprechenden Elektrolyse-Prozess steuert Siemens bei. Evonik bringt in die Partnerschaft das Wissen um Fermentationsprozesse ein – immerhin ist Kohlenmonoxid für zahlreiche Mikroorganismen im wahrsten Sinne des Wortes ein „gefundenes Fressen“.

In den vergangenen Jahren haben zahlreiche Wissenschaftler in aller Welt an der biochemischen Herstellung von Butanol und Hexanol in einem CO-haltigen Syngas geforscht – und genau das sind die Zielmoleküle, die Evonik zur Herstellung begehrter Spezialchemikalien aus CO₂ nutzen will.

„Mit der Rheticus-Plattform wollen wir zeigen, dass künstliche Photosynthese machbar ist“, sagt Dr. Thomas Haas, verantwortlich für das Projekt der Creavis, der strategischen Innovationseinheit von Evonik. Die Energie für die Aufspaltung des extrem reaktionsträgen Moleküls soll dabei aus erneuerbaren Quellen kommen, erklärten die Verantwortlichen. Anders wäre die Abgas-Chemie auch kaum nachhaltig zu gestalten. Da sich solche Elektrolyse-Prozesse in einem gewissen Maße last-steuern lassen, eigne sich das Verfahren daher auch zur Netzstabilisierung oder Speicherung von „überschüssigem“ Ökostrom, betonen die Projekt-Verantwortlichen. Rheticus steht im Zusammenhang mit der Kopernikus-Initiative für die Energiewende in Deutschland, die nach neuen Lösungen für den Umbau des Energiesystems sucht, und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 2,8 Millionen Euro gefördert.

Für seinen Kollegen Prof. Georg Rosenfeld von der Fraunhofer-Gesellschaft München ist die Dekarbonisierung einer der wesentlichen Transformationsprozesse der Gegenwart – auf einer Stufe mit der Digitalisierung. Doch während diese in aller Munde sei und immense Chancen verspreche, sei die Dekarbonisierung ein gesellschaftlicher Prozess, der die materielle Basis der Wirtschaft beträfe und erhebliche Transferkosten verursache.

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