Die chemische Grundstoffindustrie befindet sich in einem entscheidenden Wandel, der durch die Notwendigkeit bedingt ist, fossile Brennstoffe und deren Derivate zu ersetzen. Derzeit basieren viele chemische Prozesse hauptsächlich auf fossilen Kohlenstoffquellen wie Erdgas und Naphtha. Eine kürzlich veröffentlichte Studie der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., die im Auftrag des Instituts für Ressourceneffizienz und Energiestrategien (IREES) durchgeführt wurde, untersucht die Möglichkeiten, diese fossilen Rohstoffe durch alternative Kohlenstoffquellen zu ersetzen und stellt konkrete Forschungsbedarfe fest.
Die Studie mit dem Titel „Transformation der Chemischen Verfahrenstechnik – Effiziente Herstellungswege mit veränderter Rohstoffbasis“ identifiziert drei Hauptquellen für alternativen Kohlenstoff, die zukünftig die traditionellen Rohstoffe ersetzen könnten. Dazu zählen CO₂ aus unvermeidbaren Punktquellen, wie etwa Zement- und Kalkwerken, sowie biogene Quellen, die aus Abfällen und Reststoffen, wie beispielsweise aus Biogasanlagen oder Kunststoffabfällen, stammen. Die Forscher beschreiben Prozessketten, die diese Rohstoffe von der Aufbereitung bis zur Produktion von großvolumigen petrochemischen Plattformchemikalien führen.
Die Analyse zeigt, dass es verschiedene technische Ansätze gibt, um chemische Grundstoffe auf klimaneutrale Weise zu produzieren, vorausgesetzt, dass alternative Kohlenstoffquellen effizient mit erneuerbaren Energien kombiniert werden. Die Studie leitet aus der vergleichenden Bewertung der unterschiedlichen Prozessketten sogenannte „Effizienz-Verfahren“ ab. Diese Verfahren zeichnen sich nicht nur durch ihre technische Reife aus, sondern auch durch signifikante Einsparpotenziale hinsichtlich Kosten und Energiebedarf sowie durch einen reduzierten Rohstoffverbrauch.
Drei zentrale Technologien werden in der Studie hervorgehoben, um die chemische Umsetzung alternativer Kohlenstoffquellen voranzutreiben:
1. Power-to-X-Prozesse: Diese Technologie umfasst die Umwandlung von CO₂ und grünem Wasserstoff zu Methanol, das anschließend über verschiedene Wege in chemische Grundstoffe umgewandelt werden kann.
2. Biomasse-Gasifizierung: Hierbei wird Biomasse in Synthesegas umgewandelt, das dann ebenfalls zur Herstellung von Chemikalien genutzt werden kann.
3. Thermochemisches Kunststoffrecycling: Besonders hervorzuheben sind Pyrolyseverfahren, die Kunststoffabfälle in verwertbare Rohstoffe umwandeln, die für chemische Prozesse nutzbar sind.
Einige dieser Verfahren können synergetisch wirken, etwa durch die gleichzeitige Gasifizierung von Biomasse und Kunststoff oder die Kombination von Kunststoffpyrolyse mit Fischer-Tropsch-Synthese.
Die Studie macht deutlich, dass für die praktische Umsetzung dieser Verfahren umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig sind. Besonders wichtig sind dabei Pilot- und Demonstrationsanlagen, um Erfahrungen zu sammeln und die Technologien weiter zu optimieren. Es werden konkrete Empfehlungen für den Forschungsbedarf gegeben, der sich auf die Rohstoffvorbehandlung, die Entwicklung von Katalysatoren sowie auf Reaktionstechnik und Produktaufarbeitung konzentriert.
Die Schaffung geeigneter infrastruktureller und politischer Rahmenbedingungen ist ein weiterer wesentlicher Punkt. Die Studie benennt drei entscheidende Voraussetzungen:
1. Wettbewerbsfähige Strompreise für elektrifizierte Produktionsanlagen.
2. Der zügige Aufbau überregionaler Transportnetze für CO₂ und Wasserstoff.
3. Eine klare politische Priorisierung der stofflichen Nutzung von Biomasse und Kunststoffabfällen gegenüber der energetischen Nutzung.
Trotz dieser Fortschritte wird klar, dass die Transformation der Chemieindustrie nicht zu einer völligen Unabhängigkeit von fossilen Rohstoffen führen wird. Vielmehr wird sich die Abhängigkeit auf importierten Wasserstoff und dessen Derivate verlagern, insbesondere aus Regionen, die über günstige Bedingungen für erneuerbare Energien verfügen.
Abschließend verdeutlicht die Studie, dass ohne signifikante Investitionen die Transformation nicht realisierbar ist. Um die Wertschöpfung in Deutschland und Europa zu sichern, kommt bestehenden Anlagen eine Schlüsselrolle zu, da deren Nachrüstung im Vergleich zu neuen Investitionen von entscheidender Bedeutung ist.
Insgesamt zeigt die Untersuchung, dass die chemische Industrie vor großen Herausforderungen steht, diese aber auch die Möglichkeit bietet, durch innovative Ansätze und Technologien nachhaltiger und umweltfreundlicher zu arbeiten.
