Wie die chemische Industrie die Klimaziele erreichen kann

Bis 2050 soll unsere Gesellschaft CO₂-neutral werden. Dies hat der Bundesrat f¨¹r die Schweiz beschlossen. F¨¹r den Autoverkehr sowie den ganzen Energiesektor ist das zwar herausfordernd, aber m?glich, zum Beispiel mit einer konsequenten Elektrifizierung und der ausschliesslichen Nutzung von CO₂-neutralen Energiequellen.

Schwieriger wird die Umstellung f¨¹r die chemische Industrie. Denn w?hrend sich viele andere Industriezweige vor allem mit ihrer Energieeffizienz besch?ftigen m¨¹ssen, kommt f¨¹r die chemische Industrie noch die Frage nach den Rohstoffen dazu. ?Polymere, Kunststoffe, synthetische Textilfasern und Medikamente enthalten Kohlenstoff. Irgendwoher muss dieser kommen?, erkl?rt Marco Mazzotti, Professor f¨¹r Verfahrenstechnik an der ETH Z¨¹rich. Zurzeit stammt dieser Kohlenstoff zu einem ¨¹berwiegenden Teil aus Erd?l und Erdgas. Bei der Produktion, und wenn die chemischen Produkte an ihrem Lebensende verbrannt oder zersetzt werden, kommt es zur Freisetzung von CO₂.

Mazzotti hat nun zusammen mit Kollegen der ETH Z¨¹rich und der Universit?t Utrecht verschiedene Ans?tze, die Netto-CO₂-Emissionen der chemischen Industrie auf null zu reduzieren, systematisch und mit konkreten Zahlen miteinander verglichen. Die Wissenschaftler nutzten dazu als Fallbeispiel die Herstellung von Methanol. Die wichtigsten Schlussfolgerungen der neuen Studie: Auch f¨¹r die chemische Industrie ist das Netto-Null-Ziel erreichbar. Alle untersuchten Ans?tze, das Ziel zu erreichen, haben jedoch neben Vorteilen auch Nachteile, die in unterschiedlichen Weltregionen unterschiedlich zum Tragen kommen. Und alle diese Ans?tze ben?tigen mehr Energie (in Form von Strom) als heutige Produktionsweisen.

CO₂ abscheiden oder Biomasse nutzen

? Ein Ansatz sieht vor, weiterhin fossile Rohstoffe zu nutzen, CO₂-Emissionen jedoch konsequent abzuscheiden und im Untergrund zu speichern (Carbon Capture and Storage, CCS). Dies h?tte den grossen Vorteil, dass die heutigen industriellen Herstellungsprozesse nicht ver?ndert werden m¨¹ssten. Allerdings braucht es dazu geologisch geeignete Speicherst?tten, zum Beispiel tiefe Sedimentschichten, die Salzwasser enthalten. Nicht ¨¹berall auf der Welt sind solche vorhanden.

? In einem anderen Ansatz w¨¹rde die Industrie k¨¹nftig Kohlenstoff aus CO₂ nutzen, das zuvor aus der Luft oder aus Industrieabgasen abgeschieden wurde (Carbon Capture and Utilisation, CCU). Der f¨¹r die chemischen Produkte ben?tigte Wasserstoff w¨¹rde mit Elektrizit?t aus Wasser gewonnen. Die Produktionsprozesse w¨¹rden damit stark ver?ndert, grosse Teile der Industrieinfrastruktur m¨¹ssten neu gebaut werden. Ausserdem ben?tigt dieser Ansatz extrem viel Strom ¨C sechs- bis zehnmal mehr als die CCS-Variante. ?Der Ansatz ist nur in L?ndern mit einem CO₂-neutralen Strommix zu empfehlen?, sagt ETH-Professor Mazzotti. ?Wir zeigen klar auf: W¨¹rde man daf¨¹r zu einem grossen Teil Strom aus Kohle- oder Gaskraftwerken nutzen, w?re dieser Ansatz f¨¹r das Klima sogar deutlich schlechter als die heutige, auf fossilen Rohstoffen beruhende Produktionsweise.?

? Schliesslich w?re es auch m?glich, Biomasse (?lpflanzen, Zuckerpflanzen, Holz) als Rohstoff f¨¹r die chemische Industrie zu nutzen. Dieser Ansatz braucht weniger Strom als die anderen, allerdings extrem viel Land, um die Pflanzen anzubauen: Im Vergleich zu den anderen Ans?tzen wird 40- bis 240-mal mehr Land ben?tigt.

Zukunft des Flugverkehrs

Bei der Produktion von Treibstoffen werden ?hnliche Verfahren genutzt wie bei der dieser Studie zugrundeliegenden Herstellung von Methanol. Daher wirkt sich die Arbeit auch auf die Diskussion um k¨¹nftige Luftfahrtstreibstoffe aus, wie Mazzotti betont. ?Man h?rt immer wieder ¨C auch von Fachleuten ¨C, der einzige Weg f¨¹r die Luftfahrt, CO₂-neutral zu werden, sei die Verwendung von synthetischen Treibstoffen?, sagt der ETH-Professor. ?Das stimmt aber nicht.? Die Produktion von synthetischen Treibstoffen sei extrem energieintensiv. Werde dazu Strom aus Kohle- oder Gaskraftwerken benutzt, h?tten synthetische Treibstoffe sogar einen gr?sseren CO₂-Fussabdruck als fossile Treibstoffe. Die Studie zeigt, dass es mindestens zwei valable Alternativen zu synthetischen Treibstoffen gibt: Die Luftfahrt k?nnte weiterhin fossile Treibstoffe verwenden, wenn das von Flugzeugen ausgestossene CO₂ andernorts aus der Luft abgeschieden und gespeichert wird. Oder man k?nnte die Treibstoffe aus Biomasse gewinnen.

Diese Forschungsarbeit wurde vom ?Swiss Competence Center for Energy Research ¨C Efficiency of Industrial Processes? (SCCER-EIP) und vom Bundesamt f¨¹r Energie gef?rdert.