Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBDurch die am 1. Januar 2021 in Kraft getretene Inklusion von CO2-Emissionen aus der Verbrennung fossiler Kraftstoffe in den Sektoren Wärme und Verkehr im nationalen Emissionshandel ist der Klimawandel auch finanziell zu spüren. Dabei gibt es von Seite der Industrie offene Fragen: Können die mit den CO2-Emissionszertifikaten verbundenen Kosten für Unternehmen gesenkt werden? Kann der Ausstoß von CO2 durch innovative und biointelligente Verfahren zur Nutzung von CO2 als Rohstoff reduziert und damit gleichzeitig Geld verdient werden?
Geld verdienen mit CO2
CO2 – eine nahezu unbegrenzte »Ressource«?
Das Treibhausgas CO2 liegt als nahezu unbegrenzte Ressource global in der Atmosphäre verteilt vor und kann aus Abgasströmen industrieller Verbrennungsprozesse gewonnen werden. Eine sicherere Rohstoffquelle, bezogen auf atmosphärisches CO2, kann aus Sicht eines produzierenden Unternehmens kaum existieren.
Die Technologie, atmosphärisches CO2 aus der Luft zu filtern, existiert heute schon in Form von Luft-Wäschern, z. B. von der Schweizer Firma Climeworks. Durch die geringe CO2-Konzentration (0,04 Prozent) in der Luft kostet dieses Verfahren noch viel Energie und somit Geld.
Industrielle Abgasströme, wie beispielsweise in Zement- und Stahlwerken, weisen dagegen eine im Vergleich zur Atmosphäre vielfach höhere CO2-Konzentration auf. Diese industriellen Quellen bieten die Möglichkeit, CO2 nicht als Abfallprodukt, sondern als Zwischenprodukt in einer integrierten Wertschöpfungskette zu betrachten und zu nutzen: Aus dem problematischen Abfallprodukt des einen Prozesses wird der Rohstoff für eine erneute Wertschöpfung.
Die kommerzielle Nutzung von CO2 – das geht
Damit lassen sich zwei ökonomische Hebel für CO2 emittierende Unternehmen identifizieren:
- Zum einen kann durch aktives Absenken der CO2-Emissionen bares Geld gespart werden.
- Zum anderen kann CO2 in chemische Wertprodukte und Plattformchemikalien überführt und somit einer kommerziellen Verwertung zugeführt werden.
Ein Vorreiter in der Entwicklung solcher Technologiekonzepte ist das neuseeländische Unternehmen Lanzatech, das aus Synthesegas der Stahlindustrie über eine Gasfermentation Bioethanol herstellt. Aber auch Prozesskaskaden, die aus CO2 und erneuerbar durch Wasserelektrolyse generiertem Wasserstoff wichtige Zwischenprodukte wie Methanol oder Ameisensäure herstellen, sind ein enorm wichtiger Ansatz. Diese Verfahren werden oft als Power-to-X-Technologien bezeichnet [1].
Der IGB-Ansatz: Power-to-X-to-Y
Das Fraunhofer IGB erweitert den Power-to-X-Ansatz zum Power-to-X-to-Y-Konzept, in dem die aus CO2 synthetisierten Zwischenprodukte in angekoppelten chemischen und biotechnologischen Prozessen zu komplexeren und höherwertigen Produkten weiterverarbeitet werden (Abb.).
Mit diesen Verfahren lassen sich Syntheserouten für einen weiten Bereich chemischer Produkte mit hoher Wertschöpfung entwickeln, basierend auf der Nutzung von CO2 als primärem Rohstoff. Auf diese Weise wird der dringend gesuchte Weg in ein Zeitalter der Unabhängigkeit von fossilen Ressourcen geebnet.
Die Erweiterung von Power-to-X zu einem Power-to-X-to-Y-Konzept verfolgt das Fraunhofer IGB. Hierbei wird im ersten Schritt (Power-to-X) das Treibhausgas CO2 in energiereiche Zwischenprodukte wie Methanol (CH3OH) und Ameisensäure (HCOOH) umgesetzt. Über angekoppelte chemische oder biotechnologische Prozesse (X-to-Y), in denen die Zwischenprodukte als Ausgangsstoffe dienen, ist ein sehr breites Spektrum an Produkten mit hoher Wertschöpfung zu erreichen. Somit wird CO2 zu einem wertvollen primären Rohstoff.
Literatur
[1] Drünert, S.; Neuling, U.; Timmerberg, S. & Kaltschmitt, M. (2019) Power-to-X (PtX) aus „Überschussstrom“ in Deutschland – Ökonomische Analyse, Zeitschrift für Energiewirtschaft 43: 173-191