Vom Abgas zum Rohstoff: Carbon2Chem macht Chemie aus CO2

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Da theoretische eine Vielzahl von Synthesen möglich ist, untersucht der Forschungsverbund auch die Herstellung höherwertiger Alkohole oder des synthetischen Kraftstoffs OME (Oxylmethylenether). Auch die Herstellung von Kunststoffen oder Düngemitteln ist denkbar.

Entsprechend sind die Methanolproduktion, die Synthese von Alkoholen, die Kunstoffsynthese und die OME-Produktion auf vier einzelne Leistungspakete verteilt, die von den beteiligten Chemiekonzernen (Akzo Nobel, Evonik, Covestro und BASF) koordiniert werden.

Wird die Abgas-Chemie zum Puffer der Enrgie-Wende?

Neben Kohlenmonoxid und CO₂ ist Wasserstoff die entscheidende Komponente. Zwar besteht das unbehandelte Kokereigas aus bis zu 61 % Wasserstoff, doch reicht dieser Anteil für die vollständige stoffliche Umsetzung nicht aus. Soll das ganze Potenzial von Carbon2Chem genutzt werden, muss zusätzlicher Wasserstoff eingebracht werden.

Carbon dioxide will be used to make a chemical precursor with the aid of a catalyst on a new production line. (Bayer/Michael Rennertz; © ra2 studio - Fotolia.com)

„Es macht aber keinen Sinn, Emissionen im Stahlwerk einzusparen, nur damit bei der Wasserstoffgewinnung welche auftreten“, so Dr. Oles. Also muss der Wasserstoff per Elektrolyse mit „grünem“ Strom aus regenerativen Energien gewonnen werden – und genau da zeigt sich ein ganz anderes Potenzial des Projektes: „Die Wasserelektrolyse lässt sich gut steuern – es ist daher vorgesehen, das Carbon2Chem sich netzdienlich verhalten soll und hilft, Spannungsspitzen zu glätten“, erklärt Dr. Oles – So wird die Chemie aus dem Schornstein dank intelligenter Laststeuerung zum Puffer der Energiewende.

Flexible Elektrolysezellen und eine geeignete Laststeuerung zu entwickeln ist eine Schlüsselaufgabe des Projektes. Dabei liegt die Federführung dieser Aufgabe bei der Anlagenbau-Sparte von Thyssenkrupp.

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Im Gespräch mit Dr. Markus Oles Head of Innovation Strategy & Projects, Thyssenkrupp

Interview: Im großen Rahmen denken

? Herr Dr. Oles, welches Potenzial hat die stoffliche Nutzung von CO₂?

Oles: Die Chemie steht nicht für kleine Maßstäbe – genauso wenig wie die Stahlindustrie. Insofern kommen hier zwei Partner zusammen, die das Anliegen haben, große und kontinuierliche Prozesse wirtschaftlich zu betreiben. Wir fokussieren keine kleinvolumigen High-Value-Produkte: In Duisburg entstehen jedes Jahr etwas über 20 Millionen Tonnen CO₂ – und die wollen wir nutzen.

? In welchen Industrien ist ein Einsatz noch denkbar?

Oles: Es ist möglich, Carbon2Chem auf andere Industrien auszudehnen. Studien zeigen ein großes Potenzial bei der Zementindustrie – auch das eine Branche, die in Deutschland stark zu den industriellen CO₂-Emissionen beiträgt. Je nach Quelle der Emission müssen eventuell die Gasreinigung angepasst oder andere nachgeschaltete Synthesewege gewählt werden. Unser Ziel ist, jede große, punktförmige CO₂-Quelle nutzbar zu machen. Dabei hilft es, dass wir mit Industrial Solutions einen Anlagenbauer im Haus haben. Ziel ist, nicht nur eine Installation in Duisburg zu haben, sondern diese Technologie weltweit für Stahlwerke und Chemieunternehmen auszurollen. Der Warenkorb an Chemieprodukten, den wir in Duisburg erwarten, ist unter Umständen in einem Zementwerk ein Anderer – aber das Potenzial ist da.

? Welche Rolle spielt Carbon2Chem in Bezug auf die Energiewende?

Oles: Wir haben bei Carbon2Chem ein Defizit an Wasserstoff. Wir benötigen mehr Wasserstoff als im Hüttengas enthalten ist, wenn wir das Gas vollumfänglich nutzen wollen. Deswegen ist auch eine nachhaltige Elektrolyse mit erneuerbarem Strom Teil des Projektes. Darüber haben wir aber auch einen Riesenhebel, Energie in Form von Wasserstoff zu speichern. Wir können in Zeiten, in denen es ein großes Angebot an Wind- und Solarstrom am Markt gibt, große Mengen Wasserstoff erzeugen und diesen in Zeiten von Energieknappheit nutzen.

? Wie funktioniert die Zusammenarbeit zwischen Grundlagenforschung, Anlagenbau, Stahlwerken und chemischer Industrie?

Oles: Wir haben alle Prozesse simulativ abgebildet und mit Versuchen zur Aufreinigung von Hüttengasen begonnen. Wie schaffen wir es, diese Gasgemische zu einem sauberen Synthesegasstrom aufzureinigen? Wir sind jetzt dabei, Versuchsstände für die volatile Wasserstoffproduktion aufzubauen – diese werden spätestens im April nächsten Jahres betriebsbereit sein. Unsere Partner forschen derzeit mit einem synthetischen Hüttengas an stöchiometrischen Verhältnissen und Katalysatoren, um herauszufinden, wie empfindlich diese gegen Veränderung sind. Dabei gehen wir davon aus, dass wir auf bestehende Katalysatorsysteme zurückgreifen können. Auch das ist etwas, was wir derzeit testen, zum Beispiel durch Veränderung des CO₂-zu-CO-Gehalts oder dem Einfluss von Feuchtigkeit.

Fokus auf Nachhaltigkeit

Als wäre das nicht genug, müssen Gasreingung, Elektrolyse und die Chemikalien-Synthese in bestehende Wertschöpfungsketten eingebunden werden. Das klingt einfach – allerdings sind moderne Stahlwerke hochkomplexe Verbundanlagen, die sich in engen Effizienzrahmen nahe der thermodynamischen Grenze bewegen. Soll Carbon2Chem ein Erfolg werden, dürfen keine Abstriche bei der Stahlherstellung gemacht werden, ist man sich bei Thyssenkrupp sicher.

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