cav – Prozesstechnik für die Chemieindustrie 09.2021

cav TREND CIRCULAR ECONOMY
werden. Außerdem könnten Biomasseströme, die heute für Biokraftstoffe
genutzt werden, im Zuge der Elektromobilität frei werden.
Insgesamt wird die Biomasse allein jedoch nicht ausreichen, um genügend
erneuerbaren Kohlenstoff bereitzustellen. Daher ist eine
dritte Quelle für erneuerbaren Kohlenstoff notwendig: CO 2 .
Globaler Kohlenstoffbedarf für Chemikalien und Folgeprodukte im Vergleich:
2050 muss der Großteil des Kohlenstoffs über Recycling im Kreislauf
geführt werden
hebliche Investitionen in strukturelle Veränderungen sowie die Entwicklung
und Integration neuer Technologien (z. B. Elektrochemie).
Die dezidierte Strategie ist stark von Forschung und Innovation geprägt,
da es oft um die Schaffung neuer Produktionswege (z. B. biotechnologische
Entwicklungen) für Produkte mit verschiedenen
neuen und verbesserten Eigenschaften geht.
Recycling
Die heute überwiegenden, mechanischen Recyclingverfahren sind
hinsichtlich der Art der nutzbaren Abfallströme und in der Qualität
der Rezyklate beschränkt. Mit dem chemischen Recycling hingegen
können praktisch alle Abfallfraktionen, insbesondere gemischte, recycelt
und in hochwertige Einsatzstoffe umgewandelt werden. In
Europa warten die Investoren darauf, dass die Politik mit klaren
Rahmenbedingungen den Startschuss gibt, um die notwendigen
großen Investitionen zu tätigen.
Beim mechanischen und chemischen Recycling verbleiben große
Teile des Kohlenstoffs (aber nicht alle) im Kreislauf. Neben dem Recycling
werden daher andere Quellen für erneuerbaren Kohlenstoff
benötigt, um Lücken im Kreislauf zu schließen und die Verluste zu
minimieren. Diese Quellen erneuerbaren Kohlenstoffs stammen aus
Biomasse und der direkten CO 2 -Nutzung.
Biomasse
Die Biomasse unterteilt sich in primäre Biomasse von Feldern und
Wäldern und in sekundäre Biomasse, die aus biogenen Abfällen und
Nebenströmen stammt (z. B. aus der Land- und Forstwirtschaft, der
Lebensmittel-, Futtermittel- und Chemieindustrie, der Holz- und
Papierproduktion sowie aus privaten Haushalten). Die Nutzung dieser
„organischen Abfälle“ wird ein Schlüssel für den Übergang zu
einer biobasierten Kreislaufwirtschaft sein.
Die Verwertung von Biomasse ist vor allem dort sinnvoll, wo funktionale
und komplexe molekulare Einheiten der Biomasse nach der
chemischen Umwandlung erhalten bleiben und weiter genutzt werden
können. Dies gilt z. B. für die Oleochemie, für Naturkautschuk
und Lignin sowie für zahlreiche neuartige biobasierte Komponenten
wie organische Säuren und Furan-basierte Produkte. Die industrielle
Biotechnologie kann dabei helfen, komplexe Moleküle in
kurzen und schonenden Verfahren und mit maßgeschneiderten Produktionsorganismen
herzustellen. Lignin zum Beispiel, ein Nebenprodukt
der Holzverarbeitung, wird bisher wenig genutzt, könnte
aber in Zukunft zur Herstellung von Aromaten und Asphalt eingesetzt
werden.
Konflikte in der Landnutzung können gemindert werden, indem
hocheffiziente Nutzpflanzen bzw. deren Nebenprodukte genutzt
Bild: nova-Institut
Direkte Nutzung von CO 2
Carbon Capture and Utilisation bietet eine breite Palette von Anwendungen,
bei denen CO 2 als Ausgangsstoff für Chemikalien, Polymere,
Kraftstoffe, Mineralien und sogar Proteine verwendet werden
kann. Durch die Kombination von CO 2 mit grünem Wasserstoff
können verschiedene Zwischen- und Endprodukte hergestellt werden,
wie z. B. Methan und Methanol, und über die Fischer-Tropsch-
Reaktion kann aus CO 2 und Wasserstoff synthetisches Naphtha hergestellt
werden. Aus synthetischem Naphtha lassen sich auch
Grundchemikalien für die Produktion von höherwertigen Chemikalien
und Polymeren sowie langkettigen Wachsen mit hohem Reinheitsgrad
ableiten. Einige Chemikalien werden standardmäßig direkt
aus CO 2 synthetisiert, wie z. B. Harnstoff und diverse Polymere
(z. B. Polyurethane und Polycarbonate).
Um den Kohlenstoff im CO 2 chemisch nutzbar zu machen, sind
große Mengen Energie in Form von Wasserstoff notwendig. Aus
ökologischer Sicht bedeutet dies, dass für CCU-Prozesse nur erneuerbare
Energien oder vorhandene Prozessenergie genutzt werden
können. Aus diesem Grund muss es in Zukunft einen massiven,
weltweiten Ausbau der erneuerbaren Energien geben.
Fazit
Seit dem Beginn der industriellen Revolution hat sich die Menschheit
für ihre Entwicklung fast ausschließlich auf billige, fossile Kohlenstoffquellen
wie Kohle und Erdöl verlassen. Heute können wir
zum ersten Mal die Produktion von Chemikalien und Folgeprodukten
von der Verwendung von frischem fossilem Kohlenstoff entkoppeln.
Alle heutigen Chemikalien und Folgeprodukte können mit erneuerbarem
Kohlenstoff aus Biomasse, abgeschiedenem CO 2 oder
Recycling hergestellt werden. Um den Bedarf der Chemie und ihrer
Folgeprodukte zu decken, muss die Produktion von erneuerbarem
Kohlenstoff bis 2050 jedoch um den Faktor 15 gesteigert werden.
Diese äußerst anspruchsvolle Aufgabe erfordert eine sektorübergreifende
Zusammenarbeit von Industrie, Regierungen und Verbrauchern.
www.prozesstechnik-online.de
Suchwort: nova-Institut
AUTOR:
FERDINAND KÄHLER
Wissenschaftler für Nachhaltigkeit,
nova-Institut
AUTOR:
MICHAEL CARUS
CEO und Gründer,
nova-Institut
16 cav 09-2021