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Syngas statt Abgas: Carbon2Chem zündet die nächste Stufe

| Redakteur: Dominik Stephan

Startschuss für die Schornstein-Chemie: Thyssenkrupp lässt in Duisburg die Carbon2Chem-Produktion anrollen. Das neu eröffnete Technikum soll die Nutzung sogenannter Hüttengase, also Abgase der Stahlindustrie, zur Herstellung von Basischemikalien erforschen. Bringt Carbon2Chem das klimaneutrale Stahlwerk? Oder scheitert die Chemie aus dem Schornstein ausgerechnet an der Energiewende?

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Jetzt soll das Thyssenkrupp-Stahlwerk in Duisburg zeigen, dass die Abgas-Chemie kein Luftschloss bleiben muss...
Jetzt soll das Thyssenkrupp-Stahlwerk in Duisburg zeigen, dass die Abgas-Chemie kein Luftschloss bleiben muss...
(Bild: Thyssenkrupp)

Eines der größten Stahlwerke Europas soll zum Vorreiter der Kreislaufchemie werden: Thyssenkruppp eröffnet in Duisburg feierlich das Carbon2Chem-Technikum, das die industrielle Verwertung von Hüttengasen als Rohstoff für die chemische Industrie erproben soll. Die Pilotanlage, bestehend aus einer mehrschrittigen Gasaufbereitung und einer Wasserstoff-Elektrolyse, soll die Abgase der Stahlverhüttung zu einer Art künstlichem Syngas für die Methanol- und Ammoniaksynthese umsetzen. Würde diese Technologie im großen Stil eingesetzt, könnten rund 20 Millionen Tonnen der jährlichen CO2 Emissionen der deutschen Stahlbranche wirtschaftlich genutzt werden.

Carbon2Chem-Startschuss in Duisburg: Eindrücke und O-Töne von der Eröffnung

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„Heute bewährt sich zum ersten Mal das Carbon2Chem-Konzept in der Praxis“, erläuterte Guido Kerkhoff, Vorstandsvorsitzender der Thyssenkrupp. „Unsere Vision von einer nahezu CO2-freien Stahlproduktion nimmt Gestalt an.“ Damit ist der Essener Konzern Vorreiter: Das Projekt in Duisburg ist das erste Mal, dass Gase aus der Stahlproduktion, einschließlich des darin enthaltenen CO2, auf diese Weise chemisch umgewandelt werden. In Zukunft könnten so Ammoniak, Methanol, Polymere oder höhere Alkohole quasi aus Abgas entstehen, hoffen die Beteiligten.

Chemie aus Abgasen mit grünem Strom: Sogar Kohlendioxid kann ein Rohstoff sein – und dank intelligenter Laststeuerung auch die Energiewende unterstützen.
Chemie aus Abgasen mit grünem Strom: Sogar Kohlendioxid kann ein Rohstoff sein – und dank intelligenter Laststeuerung auch die Energiewende unterstützen.
(Bild: Grafik: PROCESS / Jennifer Beeger)

„Um den Gesamtkonzern zukunftsfähig zu machen, sind wir beim Thema Technologie in der Offensive“, erklärt TK-CTO Achatz. Und das sei auch nötig: Nicht nur, dass Thyssenkrupp nach einer langen Durststrecke gute Nachrichten dringend braucht, auch stoße die energetische Optimierung im Stahlwerk mehr und mehr an die Grenzen des machbaren. Jetzt soll das Denken in Systemen bisher ungenutzte Reserven mobilisieren helfen. Diese Botschaft sollte auch all jenen Investoren zu denken geben, die den Konzern mit seinen Geschäftsbereichen vom Fahrstuhlbau bis zur Werft zu kleinteilig und komplex sehen. Die von Kerkhoff angepeilten "Durchbruch-Innovationen" seien nur an den "Grenzflächen unterschiedlicher Industrien" denkbar, so der Manager.

Neu denken, heißt dabei für das Thema Emissionen „Weg vom Vermeiden, hin zum Nutzen.“ Carbon Capture and Use - kurz CCU - lautet das Zauberwort, entstandenen Emissionen aufzufangen und zu recyclen.

So funktioniert die Schornstein-Chemie:

Syngas statt Abgas

Dass diese Technologie funktioniert, liegt an der Ähnlichkeit dieser Abgase mit klassischen Synthesegasen, die in der chemischen Industrie im großen Maße zum Einsatz kommen, erklären die Projektentwickler. Bevor diese jedoch etwa zur Ammoniak- oder Methanolsynthese genutzt werden könnten, müssen die Rohgas-Gasströme zunächst gereinigt und im richtigen Verhältnis gemischt und aufbereitet werden.

Auch müssen Rückstände aus der Metallurgie, die die Katalysatoren „vergiften“ können, entfernt werden. Keine leichte Aufgabe, ändert sich doch die exakte Zusammensetzung der Gase im laufenden Betrieb.

Jetzt, nach Jahren der Entwicklung und einer zweijährigen Bauzeit, soll die Pilotanlage das Verfahren aus dem Labor in die Praxis überführen – mit „echten“ Hüttengasen aus dem Regelbetrieb des benachbarten Stahlwerkes. Dabei – so verraten es die Beteiligten – geht es in der Pilotanlage vor allem um die Syngas-Synthese. Die Katalytische Umsetzung des so entstandenen Rohstoffes, die auf bekannten Verfahren wie der Fischer-Tropsch-Synthese aufsetzt, wird derzeit lediglich im Labor erprobt. So wird aktuell in Duisburg lediglich nicht einmal ein Liter Methanol pro Tag "gewonnen" - Ende des Jahres könnten es in einer Pilotanlage bis zu 50 Liter sein.

Parallel zu der Gasaufbereitung erprobt Thyssenkrupp in Duisburg auch die Wasserstoffelektrolyse – das leichte Gas ist zwar mit bis zu 61 % im unbehandelten Kokereigas enthalten, doch für die vollständige Umsetzung der Abgase zu Methanol, höheren Alkoholen oder synthetischen Kraftstoffzusätzen reicht diese Menge nicht aus. Zusätzlicher Wasserstoff muss also her – und das am besten per Elektrolyse aus „grünem“ Strom.

In Duisburg läuft entsprechend eine Elektrolyse-Anlage mit 2 MW Leistung direkt neben der Gasreinigung. Sollte Carbon2Chem wirklich im großen Stil zur Emissions-Reduktion beitragen, müsste die Versorgung mit großen Mengen erneuerbarer Energie sichergestellt werden. Dann könnten die verhältnismäßig flexiblen Elektrolyseprozesse aber dank Laststeuerung auch zur Netzstabilisierung beitragen, ist man in Essen überzeugt.

BMBF fördert Abgas-Chemie mit 60 Millionen

Überzeugt von dem Potenzial ist man auch beim Bundesministerium für Bildung und Forschung, das das Projekt mit rund 60 Millionen Euro fördert. „Wir können Klimaschutzziele nicht einfach verordnen – wir müssen sie auch technisch umsetzen können. Deshalb fördern wir zukunftsweisende Projekte wie Carbon2Chem“, erklärte die Bundesministerin für Bildung und Forschung, Anja Karliczek. „Klimaschutz und eine wettbewerbsfähige Stahlproduktion werden dank Forschung und Innovation erfolgreich verbunden. So schützen wir die Umwelt und sichern Arbeitsplätze vor Ort.“

Und nicht nur das: Zwar koordiniert Thyssenkrupp das Carbon2Chem-Projekt zusammen mit den Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft und der Max-Planck-Gesellschaft, doch arbeiten 15 weitere Partner aus Forschung und Industrie an der Umsetzung der Schornstein-Chemie.

So forscht in Duisburg Covestro in einem Labor an der Produktion von Isocyanaten. Clariant hat den Katalysator für die Methanolherstellung, Katalysatoren und Adsorbentien genannte Chemikalien für die Gasreinigung geliefert. Die Fraunhofer-Gesellschaft wird drei Labore betreiben. Auch das Max-Planck Institut wird im Technikum aktiv werden. Thyssenkrupp selbst hat 33,8 Millionen Euro in das Technikum investiert. Hinzu kommen 8,5 Millionen Euro aus der Fördersumme des BMBF für Ausstattung und Nutzung.

Firmen und Institute: Wer macht was?
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(Bild: Thyssenkrupp)

Auch außerhalb Deutschlands und Europas besteht großes Interesse an der Technologie, erklärte TK-Chef Kerkhoff. Insgesamt habe man 50 vergleichbare Stahlwerks-Standorte identifiziert, an denen sich Carbon2Chem ohne große Änderungen adaptieren ließe. Auch forsche man bereits daran, die Technologie für den Einsatz in anderen CO2-intensive Branchen, etwa der Zementindustrie anzupassen. Dann könnte das „Vorzeigeprojekt“ zum „Exportschlager, made in NRW“, werden, wie Ministerin Karliczek betont.

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