Klimaschonende Produktion
Die Chemie als drittgrößte Industrie Deutschlands hat sich auf den Weg gemacht, CO2-neutral zu werden. Dazu muss sie technologische Herausforderungen meistern, um eine Wende hin zu neuen Produktionsverfahren erreichen zu können.
© adobe/Teppakorn
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Auf zwei Wegen will die deutsche Chemieindustrie zum Klimaschutz beitragen:
Als Hersteller von Produkten, die beim Klimaschutz helfen.
Als klimabewusste Branche, die selbst langfristig CO2-neutral produziert.
Die machbare Mammutaufgabe
Um eine vollständige CO2-Neuträlität zu erreichen, ist eine fundamentale Transformation der Branche nötig. Dass diese grundsätzlich machbar ist, zeigt die „Roadmap Chemie“, eine vom Verband der Chemischen Industrie (VCI) in Auftrag gegebene Studie. Sie macht aber auch klar: Der Weg zu einer vollständigen CO2-Neutralität ist lang und von vielen Faktoren abhängig, die nicht alle von der Chemie beeinflusst werden können. Einer davon ist bezahlbarer erneuerbarer Strom in ausreichender Menge. Doch auch die brancheninternen „Hausaufgaben“, die auf die deutsche Chemie warten, haben es in sich.
Die deutsche Chemie bekennt sich zur gesellschaftlichen Aufgabe Treibhausgasneutralität. Wir wollen diesen Weg erfolgreich beschreiten.Hauptgeschäftsführer des VCI
Vor diesen Herausforderungen steht die Branche
Die Chemie wird immer klimafreundlicher
Erfolge seit 1990
Neu ist das Thema Klimaschutz für die deutsche Chemieindustrie keineswegs. Seit der Wiedervereinigung hat die Branche ihren Ausstoß der Treibhausgase CO2 und Lachgas bis heute schon um etwa die Hälfte reduziert. Damit nimmt sie in der Industrie eine Spitzenstellung ein. Möglich wurden die Fortschritte durch kontinuierlich optimierte Produktionsverfahren und verbesserte Umweltschutztechnologien. Stark ins Gewicht fielen hier auch Technologien, um das Treibhausgas Lachgas zu auszufiltern.
Das große Ziel: die CO₂-Neutralität
Beschreitet die Chemie den Weg weiter, indem sie energieeffizienter wird, bestehende Verfahren optimiert und klimaschonender macht sowie mehr CO2-freien Strom für sie bezieht, hat das positive Auswirkungen. Der CO2-Ausstoß der Branche würde im kommenden Jahrzehnt um weitere 27 Prozent sinken.
Allein der geplante Kohleausstieg und der Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland wird hier als positiver Treiber wirken. Die Stilllegung von Kohlekraftwerken und deren Ersatz durch erneuerbare Energien reduzieren die Emissionen der allgemeinen Stromerzeugung und somit auch des Stroms, den die Chemie von außen zukauft.
Die Transformation einer ganzen Industrie
Die Entwicklungssprünge zu einer CO2-Neutralität können jedoch nur grundlegend neue Verfahren zur Herstellung von Basischemikalien bewirken. Dazu erforscht und entwickelt die Chemie neue Technologien, die erneuerbare Energien nutzen und durch die Kreislaufführung von Kohlenstoff die Nutzung von fossilen Ressourcen stark begrenzen.
Dieser Wandel ist fundamental. Gerade deshalb muss er durchdacht erfolgen. Die Transformation darf nicht auf Kosten der wirtschaftlichen Stellung der Branche oder der über 460.000 Arbeitsplätze in der Chemieindustrie gehen. Es gilt, das lohnende Ziel der CO2-Neutralität auf sozial und wirtschaftlich ausgewogene Weise zu erreichen und nicht durch den Abbau von Produktion und Arbeitsplätzen in Europa.
Die Umstellung auf eine komplett CO2-neutrale Produktion ist eine Aufgabe von gigantischem Ausmaß, die sich nur langfristig bewältigen lässt. Und auch nur dann, wenn die Rahmenbedingungen in Politik, Märkten und Gesellschaft unterstützend wirken. Denn sie entscheiden mit, ab wann von der Chemie entwickelte Verfahren wirtschaftlich arbeiten. Ein Beispiel: der Strompreis.
Ein wichtiger Faktor sind die Stromkosten. Je niedriger sie sind, desto früher können neue Verfahren in der Chemie wirtschaftlich werden. Unsere interaktive Grafik zeigt am Beispiel einer neu entwickelten Großanlage zur Ammoniakherstellung, wie der Strompreis den Zeitpunkt der zukünftigen Wirtschaftlichkeit beeinflusst.
Die Basischemie: auch fürs Klima grundlegend
Basischemikalien wie Ammoniak sind oft einfache und in großen Mengen hergestellte Chemikalien. Weil sie ausschließlich als Vorprodukte für andere Chemieprodukte dienen, wie etwa Kunststoffe, Lacke, Farben, Kleber, Wasch- oder Düngemittel, sind sie Endverbrauchern oft unbekannt.
In der Chemieindustrie sind sie als Ausgangspunkt zahlreicher weiterer Produkte von großer Bedeutung. Und auch wegen ihrer Klimabilanz: Allein die Produktion der mengenmäßig zehn wichtigsten Basischemikalien wie Ammoniak, Chlor und Harnstoff verursacht 75 bis 80 Prozent der CO2-Emissionen der gesamten Branche! Das heißt aber auch: Gestaltet man ihre Herstellung klimafreundlicher, lassen sich enorme Mengen CO2 einsparen. Denn so verbessert sich auch der CO2-Fußabdruck nachgelagerter Produkte.
Neue Verfahren. Nachhaltige Verbesserungen.
Deshalb zielt die Klimaschutzstrategie der deutschen Chemie vorrangig auf Verfahren zur Herstellung dieser Produkte ab. Noch befinden sie sich jedoch überwiegend im Stadium der Forschung und Erprobung. Ausgehend von Laborversuchen über den Bau von größeren Testanlagen bis zum Bauplan für die Anlage im großindustriellen Maßstab sind dabei jeweils einige Zwischenschritte notwendig. Statt Sprinter- sind hier von den Forscherinnen und Forschern echte Marathonqualitäten gefragt.
Mehr erneuerbare Energie
Die neuen klimaschonenden Verfahren haben eines gemeinsam: den verringerten Einsatz von fossilen Ressourcen wie Erdöl und Erdgas als Ausgangsmaterialien oder als Energieträger für die chemische Produktion.
Das Klimapotenzial einer veränderten Energiezufuhr wird beim Aufspalten („Cracken“) von Rohbenzin deutlich. Es ist das wichtigste Verfahren in der Basischemie und liefert die Grundbausteine für fast alle weiteren Chemieprodukte. Es findet unter Hitze in Spaltöfen statt, die häufig mit Methan oder Erdgas befeuert werden. Derzeit werden Konzepte für elektrisch beheizbare Cracker-Öfen entwickelt. Wenn die Elektrifizierung des Crackers gelingt und wenn genug Strom aus Wind- und Solaranergie zur Verfügung steht, kann der CO2-Ausstoß bei diesem wichtigen Verfahren um bis zu 90 Prozent gesenkt werden.
Dieses Video der BASF SE zeigt, wie das neue Verfahren funktioniert:
Die Rohstoffhits von morgen
Fossil oder nicht? Diese Frage stellt sich nicht nur bei der Energie- und Stromversorgung der Branche. Auch die Ausgangsmaterialien der Chemieindustrie basieren stark auf den fossilen, kohlenstoffhaltigen Rohstoffen Erdöl und Erdgas. Denn Kohlenstoff ist Hauptbestandteil von allen organischen Chemieprodukten.
Im Sinne des Klimaschutzes sind alternative Rohstoffe in Form von Kunststoffabfällen, Biomasse und CO2 die erste Wahl. Sie sind ein wichtiger Schlüssel für eine treibhausgasneutrale Wirtschaft. Mit diesen Rohstoffen werden der Kohlenstoff im Kreis geführt und CO2-Emissionen vermieden. Anders als beim Einsatz fossiler Rohstoffe entweicht kein zusätzliches CO2 in die Atmosphäre. Aber wie können Kunststoffabfälle, Biomasse und CO2 als „Rohstoffhits von morgen“ die Klassiker Erdöl und Erdgas ersetzen?
* Voraussetzungen: Kunststoffabfälle und Biomasse sind in ausreichender Menge verfügbar. Das gilt auch für den zur CO2-Nutzung notwendigen Wasserstoff, der zudem mithilfe von erneuerbaren Energien hergestellt werden und bezahlbar sein muss.
Vertiefende Infos zu den Rohstoffen der Zukunft
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In jedem Kunststoff steckt Kohlenstoff. Das macht Kunststoffe auch nach ihrer Nutzung zu wertvollen Rohstoffen. Die bessere Sammlung und Sortierung sollen die Menge an Kunststoffen erhöhen, die die Chemie wieder nutzen kann.
Das klassische mechanische Kunststoffrecycling wird dazu weiter ausgebaut, gleichzeitig entwickelt die Chemie aber auch das chemische Recycling. Sein Vorteil: Aus Abfällen lassen sich Rohstoffe für neue Kunststoffe in Neuwarequalität gewinnen. Noch muss die Forschung weiter vorangetrieben werden, aber in Zukunft könnte das chemische Recycling zu einer weiteren Säule der Recyclingwirtschaft werden, die Kohlenstoff im Kreislauf hält.
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Pflanzen fangen CO2 aus der Luft und lagern den darin enthaltenen Kohlenstoff während ihres Wachstums ein. Daher kann Biomasse als Rohstoff fossile Ressourcen ersetzen und den Eintrag von zusätzlichem fossilem CO2 in die Umwelt verhindern helfen. Schon heute setzt die Chemie 13 Prozent nachwachsender Rohstoffe ein, etwa für die Produktion biobasierter Kunststoffe. Dieser Anteil soll weiter wachsen und den Einsatz fossiler Ressourcen entsprechend zurückdrängen. Dabei konzentriert man sich auf Pflanzenabfälle, wie z. B. Stroh, um der Gefahr entgegenzuwirken, dass die Chemieproduktion als Konkurrenz zur Nahrungsmittelerzeugung werden könnte.
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Ausgerechnet das Treibhausgas CO2, der „Prügelknabe“ in der Klimadiskussion, kann in Zukunft als Rohstoff für die chemische Produktion genutzt werden. Schließlich weist das „C“ in seinem Kürzel auf seinen Kohlenstoffgehalt hin. Aus dem Treibhausgas kann mithilfe von Wasserstoff synthetisches Rohbenzin (Naphtha) hergestellt werden, das sich genauso wie erdölbasiertes Naphta verarbeiten lässt. Unklar ist gegenwärtig aber noch, wie das CO2 in Zukunft „eingesammelt“ werden kann. Und wie man das chemisch eher träge Gas für die Produktion mit Energie „aufladen“ kann. Hier kommt der Wasserstoff ins Spiel.
Wasserstoff als „Game Changer“?
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Als alternative Rohstoffe werden die erwähnten Abfälle aus Kunststoffen und aus der Landwirtschaft auch in Zukunft nur in begrenztem Maße zur Verfügung stehen. Das bringt das Treibhausgas CO2 als Kohlenstoffquelle in die Pole Position unter den Rohstoffen. Es fällt heute noch in großen Mengen z. B. in Kraftwerken oder in der Zementindustrie an.
Aber: Um das Kohlendioxid für die chemische Produktion nutzen zu können, braucht man Wasserstoff. Wasserstoff wird so zum Schlüssel einer CO2-neutralen Chemie und hat das Potenzial, zum „Game Changer“ einer ganzen Industrie werden. Wenn da nicht zwei durchaus beachtliche Hürden wären.
Nur mit Wasserstoff wird CO₂ nutzbar
Der Wasserstoffbedarf für die CO2-Nutzung ist gigantisch
Will die deutsche Chemie vollständig CO2-neutral arbeiten, benötigt sie dazu sieben Mal so viel Wasserstoff wie heute.Wasserstoff lässt sich in großem Maßstab nur mit sehr viel Strom herstellen
Für das Verfahren (Elektrolyse), bei dem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespaltet wird, ist sehr viel Strom erforderlich. Die Herstellung von Wasserstoff ist daher der wichtigste Grund für den in Zukunft stark steigenden Strombedarf der deutschen Chemie. Die Chemie entwickelt deshalb auch Verfahren, die deutlich weniger Strom benötigen (z. B. die Methanpyrolyse).
Riesiger Strombedarf
Die deutsche Chemie wird über 600 Terrawattstunden (TWh) Strom benötigen, um CO2-neutrale produzieren zu können. Zur Einordnung: Das ist das Elffache des heutigen Stromverbrauchs der deutschen Chemie von 54 TWh. Und es ist mehr als der gesamte heutige Stromverbrauch in Deutschland (512 TWh).
Strombedarf der deutschen Chemieindustrie 2019
Strombedarf der CO2-neutralen Chemieindustrie
Zum Vergleich
Strombedarf ganz Deutschland 2019
Die Chemie gibt ihr Bestes – und braucht gute Bedingungen
Die deutsche Chemieindustrie ist auf Kurs in eine CO2-neutrale Zukunft. Nur wenn Deutschland dabei weiter ein wirtschaftlich starker Standort für die Chemieproduktion mit attraktiven Arbeitsplätzen bleiben kann, können andere Staaten darin auch ein Vorbild sehen und sich ebenfalls auf den Weg machen.
Damit das langfristige Ziel einer CO2-neutralen Chemieproduktion erreicht kann, müssen aber auch die Rahmenbedingungen günstig sein, die Politik, Märkte und Gesellschaft schaffen. Nur wenn die „drei Rohstoffhits von morgen“ (Kunststoffabfälle, Biomasse und CO2) und die notwendige Energie in ausreichender Menge verfügbar, CO2-neutral und bezahlbar sind, können in den 2030er-Jahren erste Anlagen einer neuen Generation installiert werden. Die größte Treibhausgas-Minderung ist dann in den 2040er-Jahren zu erwarten, wenn diese Technologien in der Breite eingesetzt werden können.
Nur so kann die Chemie CO₂-neutral werden
Neue Verfahren müssen gefördert werden
Ohne neue Verfahren wird es keine CO2-neutrale Chemie geben. Deshalb müssen sie in jeder Phase – vom Forschungs- und Entwicklungsstadium über Demonstrationsanlagen bis zur Großanlage – gefördert werden. In den Vorlaufphasen werden Unternehmen Investitionen in Milliardenhöhe in Forschung und Entwicklung tätigen müssen, die ohne staatliche Förderungen kaum zu stemmen sind.
Die Chemie braucht viel günstigen grünen Strom
Alle neuen klimaschonenden Verfahren setzen die Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Quellen voraus. Die Politik muss den Aufbau der für die Erzeugung dieses grünen Stroms nötigen Anlagen vorantreiben. Grüner Strom muss aber nicht nur hinreichend verfügbar, sondern auch bezahlbar sein, damit die Branche CO2-neutral funktionieren kann.
Die Wirtschaftlichkeit neuer Verfahren muss ermöglicht werden
Neue Verfahren, wie die deutsche Chemie sie anstrebt, sind zunächst immer teurer als herkömmliche Verfahren. Damit Unternehmen in neue Anlagen investieren können, müssen diese aber wirtschaftlich arbeiten. Deshalb sind Maßnahmen nötig, um den Kostennachteil auszugleichen. Das können politische Instrumente sein, mit denen Berlin oder Brüssel die Transformation der Branche unterstützen. Oder ein global einheitlicher CO2-Preis, der weltweit gleiche Wettbewerbsbedingungen schafft.
Den Klimaschutz im Dialog vorantreiben: Chemistry4Climate
Die deutsche chemische Industrie hat gemeinsam mit dem Verein Deutscher Ingenieure (VDI) die Klimaschutzplattform Chemistry4Climate ins Leben gerufen, um Wege und Lösungen für eine CO2-neutrale Chemieindustrie voranzutreiben. Chemistry4Climate versteht sich als offenes Forum für Expertinnen und Experten aus anderen Branchen sowie für Vertreter aus Politik und Verwaltung und für NGOs.
