Dechema-Studie zeigt Wege zur defossilisierten Grundstoffchemie
Die organisch-chemische Grundstoffindustrie basiert heute weitgehend auf fossilem Kohlenstoff aus Erdgas und Naphtha. Eine Studie der Dechema im Auftrag der IREES zeigt, wie sich diese Basis durch alternative Kohlenstoffquellen ersetzen lässt. Untersucht werden CO₂ aus unvermeidbaren Punktquellen, biogene Rest- und Abfallstoffe sowie Kunststoffabfälle als künftige Rohstoffbasis für die Chemieproduktion.
Die Studie der Dechema analysiert alternative Kohlenstoffquellen für die organisch-chemische Grundstoffindustrie in Deutschland.
Die organisch-chemische Grundstoffindustrie basiert heute noch weitgehend auf fossilem Kohlenstoff, überwiegend auf Erdgas und Naphtha. Wie sich diese Basis durch alternative Kohlenstoffquellen am Chemiestandort Deutschland ersetzen lässt, zeigt die Studie „Transformation der Chemischen Verfahrenstechnik – Effiziente Herstellungswege mit veränderter Rohstoffbasis" der Dechema im Auftrag der IREES, Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien.
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Hier geht´s zur AnmeldungDrei Pfade zur Rohstoff-Transformation der Chemie
Die Studie nennt drei Kohlenstoffquellen, die fossiles Naphtha und Erdgas künftig ersetzen sollen: CO₂ aus unvermeidbaren Punktquellen wie Zement- und Kalkwerken sowie aus biogenen Quellen wie Biogasanlagen, biogene Rest- und Abfallstoffe sowie Kunststoffabfälle. Für die genannten Quellen beschreibt die Studie Prozessketten von der Rohstoffaufbereitung bis zur Herstellung großvolumiger petrochemischer Plattformchemikalien. Mehrere technische Wege führen demnach zu denselben chemischen Grundstoffen, sofern alternative Kohlenstoffquellen und erneuerbare Energie zusammenkommen. Aus einer vergleichenden Bewertung der Prozessketten leitet die Studie sogenannte „Effizienz-Verfahren" ab, die neben technischer Reife deutliche Einsparpotenziale bei Kosten und Energiebedarf sowie niedrige Rohstoffbedarfe aufweisen.
Für die chemische Umsetzung alternativer Kohlenstoffquellen betrachtet die Studie drei Schwerpunkte: Power-to-X-Prozesse, bei denen CO₂ und grüner Wasserstoff zu Methanol und über Methanol-to-X zu Grundstoffen sowie über die Fischer-Tropsch-Route zu synthetischen Einsatzstoffen für den Steamcracker umgesetzt werden; die Biomasse-Gasifizierung mit anschließender Umsetzung des Synthesegases zu Grundstoffen; sowie das thermochemische Kunststoffrecycling, allen voran Pyrolyseverfahren, die zu Cracker-fähigen Einsatzstoffen führen. Manche Verfahren ergänzen sich dabei, etwa die gemeinsame Gasifizierung von Kunststoff und Biomasse oder die parallele Nutzung von Kunststoffpyrolyse und Fischer-Tropsch-Synthese für Cracker-Rohstoffe.
Forschungspolitische Empfehlungen für die Umsetzung
Bis zur industriellen Umsetzung sind Forschung und Entwicklung zu einzelnen Verfahrensschritten sowie Erfahrungen aus Pilot- und Demonstrationsanlagen notwendig. Die Studie liefert konkrete Handlungsempfehlungen zum Forschungsbedarf in der Rohstoffvorbehandlung, zur Katalysatorentwicklung sowie zur Reaktionstechnik und Produktaufarbeitung. Für eine bestmögliche Energie- und Rohstoffeffizienz müssen diese Bereiche im Zusammenspiel betrachtet werden. Neben rohstoffflexiblen Gasifizierungsverfahren, Power-to-X-Verfahren und chemischem Kunststoffrecycling zählen auch technisch noch unreife, aber besonders effiziente Verfahren wie die homogen katalysierte Methanolsynthese oder die Direktsynthese von Olefinen aus Synthesegas zu den vorrangigen Forschungsfeldern.
Infrastruktur und Rahmenbedingungen als Voraussetzung
Die Studie benennt drei drängende infrastrukturelle und politische Voraussetzungen: international wettbewerbsfähige Industriestrompreise für elektrifizierte Anlagen, den beschleunigten Aufbau überregionaler CO₂- und Wasserstoff-Transportnetze sowie eine klare politische Priorisierung der stofflichen gegenüber der energetischen Nutzung von Biomasse und Kunststoffabfällen.
Die Transformation macht die Chemieindustrie zwar unabhängiger vom Import fossiler Rohstoffe, jedoch nicht autark: Die Abhängigkeit verschiebt sich hin zu importiertem Wasserstoff und seinen Derivaten aus Weltregionen mit günstigen Bedingungen für erneuerbare Energien. Ohne Investitionen ist die Transformation nicht machbar. Damit die Wertschöpfung in Deutschland und Europa bleibt, kommt der Nachrüstung bestehender Anlagen (Brownfield) gegenüber teuren Neuinvestitionen (Greenfield) eine Schlüsselrolle zu.
