Der Chemiesektor hat einen dauerhaften und steigenden Bedarf an Kohlenstoff, der in seinen Produkten gebunden ist. Heute sind insgesamt 450 Mio. t Kohlenstoff in Chemikalien und Polymeren enthalten, die meist aus fossilen Ressourcen stammen. Der Chemiesektor steckt aktuell in der gr\u00f6\u00dften Transformation seit der industriellen Revolution. Es gilt, den Bedarf bis 2050 durch erneuerbaren Kohlenstoff zu decken.<\/p>\n\n\n\n
Die Klimakrise beschleunigt sich in einem noch nie da gewesenen Tempo. Die globale Erw\u00e4rmung, Treibhausgasemissionen und die Abholzung der W\u00e4lder f\u00fchren zu Ern\u00e4hrungsunsicherheit, globalen Gesundheitsproblemen und dem Verlust der biologischen Vielfalt.<\/p>\n\n\n\n
92% der Auswirkungen der globalen Erw\u00e4rmung werden durch kohlenstoffhaltige Treibhausgasemissionen verursacht, 80% sind fossilen Ursprungs. Es ist offensichtlich geworden, dass wir die Folgen unserer heutigen Produktionsweisen f\u00fcr den Planeten nicht l\u00e4nger ignorieren k\u00f6nnen. Um den Energiesektor bis 2050 zu dekarbonisieren und die Erreichung der Ziele des Pariser Abkommens sicherzustellen, ist es f\u00fcr die Industrie unerl\u00e4sslich, vollst\u00e4ndig aus der Nutzung fossiler Energietr\u00e4ger auszusteigen.<\/p>\n\n\n\n
Insgesamt werden 89% des aus dem Boden gewonnenen Kohlenstoffs f\u00fcr Energie und Kraftstoffe genutzt, w\u00e4hrend 11% f\u00fcr Zement, Chemikalien und Folgeprodukte eingesetzt werden. Der Prozess der Dekarbonisierung des Energiesektors und der Ausbau der erneuerbaren Energien ist in vielen L\u00e4ndern im Gange. Es ist jedoch unm\u00f6glich, auf Kohlenstoff im Sektor der Chemikalien und Folgeprodukte zu verzichten. Diese Produkte umgeben uns in vielf\u00e4ltiger Weise und die meisten von ihnen enthalten Kohlenstoff.<\/p>\n\n\n\n
Die Menge an (gebundenem) Kohlenstoff in diesen Produkten wurde vom nova-Institut nun erstmalig berechnet. Kohlenwasserstoffe (z.B. \u00d6l und Gas, aber auch Biomasse und Rezyklate) werden sowohl zur Energiegewinnung f\u00fcr Prozessenergie eingesetzt als auch als Ausgansstoff f\u00fcr die Produkte selbst. Letzteres wird auch \u201egebundener Kohlenstoff\u201c genannt und verursacht derzeit ca. zwei Drittel des Kohlenstoffbedarfs der Chemieindustrie. Der j\u00e4hrliche Bedarf an gebundenem Kohlenstoff betr\u00e4gt 450 Mio. t (Mt), von denen 85% aus fossilen Ressourcen, 10% aus Biomasse und nur 5% aus dem Recycling stammt.<\/p>\n\n\n\n
Die Nachfrage nach gebundenem Kohlenstoff wird in Zukunft noch weiter steigen. Eine Zunahme der Bev\u00f6lkerung, h\u00f6here Einkommen und eine wachsende Mittelschicht werden den Bedarf an Produkten und damit auch an Kohlenstoff antreiben. Bis 2050 wird die Nachfrage nach gebundenem Kohlenstoff, der in organischen Chemikalien enthalten ist, auf 1000 Mt pro Jahr ansteigen. Um einen langfristigen und nachhaltigen Wandel zu schaffen, k\u00f6nnen nur drei Quellen von erneuerbarem Kohlenstoff die Nutzung des fossilen Kohlenstoffs ersetzen: Biomasse, Recycling und CCU (Carbon Capture and Utilisation; abgeschiedenes CO2 aus Industrieprozessen oder der Atmosph\u00e4re).<\/p>\n\n\n\n
Die chemische Industrie ist ein Schl\u00fcssel f\u00fcr eine Vielzahl von anderen Industrien und Produkten. Sie ist eine hochgradig vernetzte, integrierte Industrie und wurde \u00fcber Jahrzehnte in vielerlei Hinsicht optimiert. F\u00fcr den Ersatz von fossilen Rohstoffen gibt es zwei verschiedene Strategien, die beide f\u00fcr die Transformation wichtig sind und parallel entwickelt werden sollten.<\/p>\n\n\n\n
Strategie 1: Drop-in<\/strong><\/p>\n\n\n\n Die Drop-in-Strategie nutzt bestehende Strukturen der chemischen Industrie, wie z.B. Raffinerien und Chemieparks, um die Rohstofftransformation auf der Ebene der Einsatzstoffe einzuleiten. Anstelle von Naphtha, Methan, Ethan, Propan, Methanol aus fossilen Quellen wie \u00d6l, Erdgas und Kohle k\u00f6nnen diese Rohstoffe auch aus Biomasse, CO2 und chemischem Recycling gewonnen werden. Das Endprodukt bleibt das gleiche, w\u00e4hrend der Rohstoff erneuerbar wird und die bestehenden Prozesse und die Infrastruktur weitgehend erhalten bleiben. In diesem Fall k\u00f6nnen gro\u00dfe Mengen an zus\u00e4tzlichem, fossilem Kohlenstoff schnell ersetzt werden.<\/p>\n\n\n\n Strategie 2: Dediziert<\/strong><\/p>\n\n\n\n Die dedizierte Strategie baut v\u00f6llig neue Strukturen mit neuen Verfahren auf, um neue Rohstoffe zu erzeugen, etwa durch Biotechnologie, Holz- oder Elektrochemie. Diese Produkte nutzen oft Biomasse oder CO2 effizienter und weisen Eigenschaften auf, die in keinem petrochemischen Pendant zu finden sind. Zu den dedizierten Strategien geh\u00f6rt der Ersatz von petrochemischen Kunststoffverpackungen durch Verpackungen aus Papier, Zellulose oder Naturfasern.<\/p>\n\n\n\n Beide Strategien sind notwendig, um die Transformation zu erreichen. W\u00e4hrend die erste Strategie vor allem f\u00fcr Grundchemikalien geeignet ist, k\u00f6nnte die zweite f\u00fcr Spezialanwendungen mit kleineren Produktionsmengen eingesetzt werden. Um die Drop-in-Strategie umzusetzen, m\u00fcssten die \u00fcber Jahrzehnte optimierten Anlagen der chemischen Gro\u00dfindustrie, Chemieparks, integrierten Standorte und Erd\u00f6lraffinerien an die neuen Rohstoffe und Zwischenprodukte des erneuerbaren Kohlenstoffs angepasst werden. Dies erfordert erhebliche Investitionen in strukturelle Ver\u00e4nderungen sowie die Entwicklung und Integration neuer Technologien (z.B. Elektrochemie).<\/p>\n\n\n\n Die dezidierte Strategie ist stark von Forschung und Innovation gepr\u00e4gt, da es oft um die Schaffung neuer Produktionswege (z. B. biotechnologische Entwicklungen) f\u00fcr Produkte mit verschiedenen neuen und verbesserten Eigenschaften geht.<\/p>\n\n\n\n Die heute \u00fcberwiegenden, mechanischen Recyclingverfahren sind hinsichtlich der Art der nutzbaren Abfallstr\u00f6me und in der Qualit\u00e4t der Rezyklate beschr\u00e4nkt. Mit dem chemischen Recycling hingegen k\u00f6nnen praktisch alle Abfallfraktionen, insbesondere gemischte, recycelt und in hochwertige Einsatzstoffe umgewandelt werden. In Europa warten die Investoren darauf, dass die Politik mit klaren Rahmenbedingungen den Startschuss gibt, um die notwendigen gro\u00dfen Investitionen zu t\u00e4tigen.<\/p>\n\n\n\n Beim mechanischen und chemischen Recycling verbleiben gro\u00dfe Teile des Kohlenstoffs (aber nicht alle) im Kreislauf. Neben dem Recycling werden daher andere Quellen f\u00fcr erneuerbaren Kohlenstoff ben\u00f6tigt, um L\u00fccken im Kreislauf zu schlie\u00dfen und die Verluste zu minimieren. Diese Quellen erneuerbaren Kohlenstoffs stammen aus Biomasse und der direkten CO2-Nutzung.<\/p>\n\n\n\n Die Biomasse unterteilt sich in prim\u00e4re Biomasse von Feldern und W\u00e4ldern und in sekund\u00e4re Biomasse, die aus biogenen Abf\u00e4llen und Nebenstr\u00f6men stammt (z. B. aus der Land- und Forstwirtschaft, der Lebensmittel-, Futtermittel- und Chemieindustrie, der Holz- und Papierproduktion sowie aus privaten Haushalten). Die Nutzung dieser \u201eorganischen Abf\u00e4lle\u201c wird ein Schl\u00fcssel f\u00fcr den \u00dcbergang zu einer biobasierten Kreislaufwirtschaft sein.<\/p>\n\n\n\n Die Verwertung von Biomasse ist vor allem dort sinnvoll, wo funktionale und komplexe molekulare Einheiten der Biomasse nach der chemischen Umwandlung erhalten bleiben und weiter genutzt werden k\u00f6nnen. Dies gilt z.B. f\u00fcr die Oleochemie, f\u00fcr Naturkautschuk und Lignin sowie f\u00fcr zahlreiche neuartige biobasierte Komponenten wie organische S\u00e4uren und Furan-basierte Produkte. Die industrielle Biotechnologie kann dabei helfen, komplexe Molek\u00fcle in kurzen und schonenden Verfahren und mit ma\u00dfgeschneiderten Produktionsorganismen herzustellen. Lignin zum Beispiel, ein Nebenprodukt der Holzverarbeitung, wird bisher wenig genutzt, k\u00f6nnte aber in Zukunft zur Herstellung von Aromaten und Asphalt eingesetzt werden.<\/p>\n\n\n\n Konflikte in der Landnutzung k\u00f6nnen gemindert werden, indem hocheffiziente Nutzpflanzen bzw. deren Nebenprodukte genutzt werden. Au\u00dferdem k\u00f6nnten Biomassestr\u00f6me, die heute f\u00fcr Biokraftstoffe genutzt werden, im Zuge der Elektromobilit\u00e4t frei werden. Insgesamt wird die Biomasse allein jedoch nicht ausreichen, um gen\u00fcgend erneuerbaren Kohlenstoff bereitzustellen. Daher ist eine dritte Quelle f\u00fcr erneuerbaren Kohlenstoff notwendig: CO2.<\/p>\n\n\n\n Carbon Capture and Utilisation bietet eine breite Palette von Anwendungen, bei denen CO2 als Ausgangsstoff f\u00fcr Chemikalien, Polymere, Kraftstoffe, Mineralien und sogar Proteine verwendet werden kann. Durch die Kombination von CO2 mit gr\u00fcnem Wasserstoff k\u00f6nnen verschiedene Zwischen- und Endprodukte hergestellt werden, wie z.\u00a0B. Methan und Methanol, und \u00fcber die Fischer-Tropsch-Reaktion kann aus CO2 und Wasserstoff synthetisches Naphtha hergestellt werden. Aus synthetischem Naphtha lassen sich auch Grundchemikalien f\u00fcr die Produktion von h\u00f6herwertigen Chemikalien und Polymeren sowie langkettigen Wachsen mit hohem Reinheitsgrad ableiten. Einige Chemikalien werden standardm\u00e4\u00dfig direkt aus CO2 synthetisiert, wie z.\u00a0B. Harnstoff und diverse Polymere (z.B. Polyurethane und Polycarbonate).<\/p>\n\n\n\n Um den Kohlenstoff im CO2 chemisch nutzbar zu machen, sind gro\u00dfe Mengen Energie in Form von Wasserstoff notwendig. Aus \u00f6kologischer Sicht bedeutet dies, dass f\u00fcr CCU-Prozesse nur erneuerbare Energien oder vorhandene Prozessenergie genutzt werden k\u00f6nnen. Aus diesem Grund muss es in Zukunft einen massiven, weltweiten Ausbau der erneuerbaren Energien geben.<\/p>\n\n\n\n Seit dem Beginn der industriellen Revolution hat sich die Menschheit f\u00fcr ihre Entwicklung fast ausschlie\u00dflich auf billige, fossile Kohlenstoffquellen wie Kohle und Erd\u00f6l verlassen. Heute k\u00f6nnen wir zum ersten Mal die Produktion von Chemikalien und Folgeprodukten von der Verwendung von frischem fossilem Kohlenstoff entkoppeln. Alle heutigen Chemikalien und Folgeprodukte k\u00f6nnen mit erneuerbarem Kohlenstoff aus Biomasse, abgeschiedenem CO2 oder Recycling hergestellt werden. Um den Bedarf der Chemie und ihrer Folgeprodukte zu decken, muss die Produktion von erneuerbarem Kohlenstoff bis 2050 jedoch um den Faktor 15 gesteigert werden. Diese \u00e4u\u00dferst anspruchsvolle Aufgabe erfordert eine sektor\u00fcbergreifende Zusammenarbeit von Industrie, Regierungen und Verbrauchern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Der Chemiesektor hat einen dauerhaften und steigenden Bedarf an Kohlenstoff, der in seinen Produkten gebunden ist. Heute sind insgesamt 450 Mio. t Kohlenstoff in Chemikalien und Polymeren enthalten, die meist aus fossilen Ressourcen stammen. Der Chemiesektor steckt aktuell in der gr\u00f6\u00dften Transformation seit der industriellen Revolution. Es gilt, den Bedarf bis 2050 durch erneuerbaren Kohlenstoff zu decken. 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Recycling<\/h3>\n\n\n\n
Biomasse<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Direkte Nutzung von CO2<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Fazit<\/strong><\/h3>\n\n\n\n