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CO2 – Rohstoff der Zukunft!?

Es ist ein so einfacher wie sinnvoller Ansatz. CO2 besteht aus Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O2) und Kohlenstoff ist die Basis für jeden organischen Stoff. Gemeinsam mit Wasserstoff (H2) gibt es kurze oder lange Kohlenwasserstoffketten. Je nach Länge, Verbindung und anderen angehängten Molekülen haben diese, unterschiedliche Eigenschaften und Anwendungen in der Industrie.

Warum nicht CO2 als Rohstoff einsetzen?

Einer der ältesten natürlichen Vorgänge auf der Erde basiert auf diesem Prinzip – die Photosynthese. Pflanzen bilden aus CO2 und Wasser, Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Holz. Dafür wird Energie benötigt, welche durch das Sonnenlicht bereitgestellt wird. Um die Reaktion zu beschleunigen braucht es einen Katalysator, das grüne Chlorophyll.

Auch unsere derzeit eingesetzten fossilen Treibstoffe wie Diesel und Benzin, aber auch benötigte Chemikalien und auch Plastik sind im Prinzip nur lange Kohlenwasserstoffketten. So könnte CO2 in der Theorie als Rohstoff für eine erneuerbar produzierende Industrie dienen.

Dieser vereinfacht dargestellter Ansatz ist nicht neu und erste Ansätze dazu sind bereits über 100 Jahre alt. Die derzeitigen Forschungsaktivitäten und deren Entwicklungsgrade (Technology-Readiness-Level TRL) wurden von dem Nova Institute in der untenstehenden Grafik aufbereitet.

 

Nova Institute (2019): Carbon Dioxide Utilisation and renewable energy

Bereits auf den ersten Blick ist ersichtlich, dass dieser Ansatz nicht mehr nur reine Theorie ist, sondern ein ernstzunehmender Baustein bei dem Umbau des derzeitigen Energiesystems. Durch weitere Intensivierung der Forschung in diesem Bereich, veränderte Rahmenbedingungen wie die derzeit diskutierte CO2 Steuer oder der Kohle- und Atomausstieg und schlussendlich auch Skalierungseffekte werden sich auf kurz oder lang zumindest einzelne Ansätze in diesem Bereich auf dem Markt durchsetzen.

Neben den angeführten Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten braucht es aber auch weitere, neue und innovative Ansätze in diesem Bereich. Für uns ist insbesondere die Nutzung von überschüssigem Strom aus der zunehmenden Produktion von fluktuierend produzierten erneuerbaren Energien gemeinsam mit abgeschiedenem Kohlendioxid ein vielversprechender Ansatz. Ebenso die Möglichkeit der viel diskutierten notwendigen Sektorkopplung, also die Verbindung von einzelnen Sektoren der Energiewirtschaft wie Strom, Wärme und Verkehr und auch der Industrie, um fossile Emissionen zu vermeiden.

Ziel ist natürlich unseren gesamten CO2 Ausstoß zu reduzieren, sodass wir kein CO2 mehr wiederverwerten müssen. Laut dem aktuellen World Energy Outlook 2018 wird jedoch eine reine Reduktion nicht mehr ausreichend sein und neue Lösungen müssen entwickelt werden.

Erreichung der Klimaziele in weiter Ferne?

Am Klimagipfel COP24 in Katowice, Polen einigten sich die Teilnehmer auf ein Regelwerk zur Umsetzung des Pariser Klimavertrages. Aus politischer Sicht ein wichtiger Meilenstein zur Bekämpfung der Klimakrise. Jedoch muss es nun in die Umsetzung von den einzelnen Staaten gehen.

Der World Energy Outlook der Internationalen Energieagentur analysiert dazu die Strategien der Staaten und leitet von diesen Entwicklungs-Szenarien für die Zukunft ab. Darauf basierend werden Szenarien entwickelt, wie sich der Treibhausgasanstieg bei veränderten politischen Rahmenbedingungen ändern würde.

Der Bericht von 2018 kommt zu dem Schluss, dass bei den derzeitigen Strategien die CO2 Emissionen bis 2040 weiter steigen werden (New Policies Scenario), insbesondere da viele CO2 Emissionen in der Zukunft fix ausgestoßen werden, da nicht davon ausgegangen werden kann, das neue Kraftwerke vor der Amortisation abgeschaltet werden.

International Energy Agency – IEA (2018): World Energy Outlook

Die Differenz des derzeitigen Szenarios (New Policies Scenario) und des angestrebten Szenarios (Sustainable Development Scenario) gibt Aufschluss darüber wie viele Treibhausgasemissionen zusätzlich eingespart werden müssen. Darauf basierend wurde im Bericht 2018 ein möglicher Weg zur de-fossilierung des Energiesystems und der dafür notwendigen Maßnahmen dargestellt.

Da in den letzten Jahren global unzureichende Maßnahmen gesetzt wurden, kommt der Bericht 2018 zu dem Schluss, dass es zusätzlich auch neue „smarte“ Ansätze wie CO2 Abtrennung, Nutzung und Speicherung (CCUS), Wasserstoff und Energieeffizienz geben muss, um die angestrebte Reduktion der Treibhausgasemissionen zu erreichen.

Neu daran ist, dass die CO2 Abtrennung, Nutzung und Speicherung (CCUS) erstmals als Lösung angeführt wird. In dem Bericht ist damit vor allem gemeint, CO2 Emissionen aus Kraftwerken abzuscheiden und diese in großen Mengen beispielsweise unter der Erde zu speichern, es zu Transportieren oder auch zu Nutzen.

CO2 Abtrennung, Nutzung und Speicherung

Aus unserer Sicht ist eine Speicherung unter der Erde keine sinnvolle und langfristige Lösung. Vielversprechend ist die Idee einer Nutzung von CO2 als Rohstoff für die Industrie. Wenn für die Produktion erneuerbarer und fluktuierend produzierter Strom eingesetzt wird, dient das Produkt sowohl zur CO2 Verwertung als auch zur Stromspeicherung.

Derzeit basiert die gesamte chemische Industrie auf dem Einsatz von fossilen Rohstoffen. Etwa 11% des weltweiten primären Erdöl- und Erdgasbedarfs wird von der chemischen Industrie verbraucht. Wobei mehr als die Hälfte davon direkt als Rohstoff für die Produktion eingesetzt werden. Durch die Wiederverwendung von CO2 als Rohstoff und/oder als Stromspeicher sind wir der de-fossilisierten Industrie einen großen Schritt näher.

Jedoch muss man dagegenhalten, dass das Ziel der Energiewende eine fossil-freie Industrie ist und es bei Erreichung dieses Zieles auch keine CO2 Emissionen mehr geben würde. CO2 müsste direkt aus der Luft abgeschieden werden. Dazu gibt es bereits einige Pilotanlagen, welche derzeit jedoch noch mit sehr geringen Ausbeuten und daher niedriger Wirtschaftlichkeit zu kämpfen haben.

Das Problem bei der Nutzung von CO2 als Rohstoff ist, dass CO2 als Endprodukt von Verbrennungsprozessen thermodynamisch stabil ist und daher nur mit hohem Energieeinsatz reaktiv wird. Aus diesem Grund ist CO2 als Rohstoff für großtechnische Anwendungen bisher wenig interessant. Es gibt jedoch vielversprechende Lösungsansätze, um dieses Problem zu umgehen – auch wir arbeiten gemeinsam mit der Technischen Universität Wien und dem Austrian Institute of Technology daran.

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