CCU statt CCS: CO2 als Ressource

Vom Abfall zum Rohstoff: CO₂Plus-Forschung macht mehr aus Treibhausgas
BMBF fördert neue Wege nachhaltiger Rohstoffversorgung

Bildmontage © Gerhard Hofmann für Solarify

Die Chemische Industrie als Zulieferer vieler Industriezweige stellt kohlenstoffbasierte Materialien für die Automobilindustrie, Grundstoffe für Medikamente und Fasern für Textilien bereit; den Rohstoffbedarf deckt sie weitestgehend aus fossilen Quellen wie Erdöl. Das kann durch das quasi unendlich verfügbare Treibhausgas CO₂ ersetzt werden. Dafür untersuchen die Projekte der BMBF-Fördermaßnahme „CO₂Plus – Stoffliche Nutzung von CO₂ zur Verbreiterung der Rohstoffbasis“ neue Methoden zu dessen effizienter Nutzung.

„Durch den Einsatz von regenerativer Energie wird zusätzlich auch das Klima geschützt. Die Fördermaßnahme baut auf den erfolgreichen Ergebnissen der Förderung des BMBF seit 2010 auf. So werden wichtige Beiträge zum Umbau der deutschen Wirtschaft in eine Green Economy geleistet,“ so ein Flyer aus dem BMBF.

Hochreines CO₂ gewinnen

Obwohl eine praktisch unerschöpfliche Ressource, muss CO₂ für die Nutzung als Rohstoff zunächst einmal gewonnen werden. Als Quellen eignen sich zum Beispiel Biogasanlagen, Stahl und Zementwerke und schlussendlich sogar die Luft. Um CO₂ aus Stahl und Zementabgasströmen nutzbar zu machen, müssen zunächst andere Gase und auch Schadstoffe abgetrennt werden. Im Projekt „CO₂Selekt“ werden innovative Trenntechniken hierfür angewandt. Nur 400 ppm (parts per million) beträgt die Konzentration von CO₂ in der Luft. Das ist zu viel als Treibhausgas, aber sehr wenig, um es als Rohstoff nutzbar zu machen. Mit geschickter Verknüpfung von Membrantechnik und Prozesswärme will das Projekt „CORAL“ aber genau diese geringe Menge konzentrieren und als Rohstoff bereitstellen. Jährlich verbraucht die deutsche Chemieindustrie ca. 20 Millionen Tonnen kohlenstoffhaltiger Rohstoffe ausschließlich für die stoffliche Nutzung. Diese stammen überwiegend aus fossilen Quellen und könnten zukünftig durch CO₂ ersetzt werden.

Wind und Sonne nutzen

Für die Nutzung von CO₂ als Rohstoff werden große Mengen an Energie gebraucht. Damit die Nutzung nachhaltig und ohne den zusätzlichen Ausstoß von Treibhausgasen funk tioniert, ist der beste Weg die Nutzung von regenerativen Energiequellen. Die Umwandlung von CO₂ in Ethylen ohne Zwischenstufen mittels elektrischer Energie wird im Projekt „eEthylen“ untersucht. Noch direkter und ohne Verluste wird im Projekt „CarbonCat“ Sonnenlicht für die Aktivierung von CO₂ verwendet.

Erdöl nachhaltig ersetzen

Kleine Moleküle, sogenannte Basischemikalien, sind das Rückgrat der Chemischen Industrie und für viele nach gelagerte Produktionsketten. Gerade für Kunststoffe werden solche Bausteine benötigt, da sie eine zielgerichtete Einstellung der geforderten Eigenschaften ermöglichen. CO₂ eignet sich besonders für diese Basischemikalien und Bausteine, und große Mengen an fossilen Rohstoffen können zudem einge spart werden. Im Projekt „Dream Resource“ werden, unter anderem, neue Synthesewege hin zu Waschmitteln aus CO₂ untersucht. CO₂ kann auch mittels biologischer Verfahren in wertvolle Chemikalien umgesetzt werden: So erzeugen im Projekt „CO₂Lubricants“ Mikroorganismen aus CO₂ Schmierstoffe für Automotoren.

Prioritäre Themen sind z. B.:

Erhöhung der Rohstoffproduktivität durch (direkten oder indirekten) Einbau von CO₂ in die Wertschöpfungskette
- Polymere
- C1-Basischemikalien und Folgeprodukte
Einkopplung regenerativer Energie zur direkten Nutzung von CO₂ in der Produktion chemischer Substanzen
- Direkte elektrochemische Umwandlung von CO₂
- Photokatalytische Umwandlung von CO₂
Effiziente CO₂-Abtrennung
- Abtrennung aus der Atmosphäre
- Abtrennung aus Industrieanlagen (z. B. Stahl- und Zementwerke, Chemieanlagen)
- Abtrennung aus Biogasanlagen
Steigerung der Akzeptanz für die Verwendung von CO₂ als Rohstoff
Wissenschaftliche Stoffstromanalyse der stofflichen CO₂-Nutzung mit Erstellung einer Roadmap
Als flankierende Maßnahmen sollen die Akzeptanzforschung zur stofflichen Nutzung von CO₂ sowie ein Integrations- und Transferprojekt unterstützt werden.

CO₂Plus auf einen Blick

CO₂Plus fördert innovative Ideen, die wesentliche Beiträge zur Nutzung von CO₂ als Rohstoff liefern und nachweislich zu einer Senkung des Treibhausgasausstoßes führen
CO₂ Plus zielt neben der direkten chemischen oder bio technologischen Umwandlung von CO₂ auch auf die Bereitstellung von CO₂ aus Industrieabgasen, Biogas und Luft ab, sowie auf die Verwendung von regenerativer Energie zur nachhaltigen Produktion von Basischemikalien und Spezialprodukten
CO₂Plus adressiert Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Hochschulen in Form von Verbundprojekten
CO₂Plus läuft von September 2016 bis Ende 2019; es werden 13 Verbundvorhaben gefördert
CO₂Plus ist ein Beitrag des BMBF zum Programm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA 3 ), zur Leitinitiative „Green Economy“ und zur Hightech Strategie der Bundesregierung

->Quellen: