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Emissionen senken: Aus CO2 wird ein Rohstoff

Die Initiative Carbon2Chem® soll den Beweis erbringen, dass sich Kohlendioxid als Rohstoff nutzen lässt. Im einzigartigen Technikum auf dem Gelände von thyssenkrupp Steel in Duisburg beginnt die Forschung in der Praxis.

Fotos: thyssenkrupp/Reiner Schroeer

Stellen Sie sich vor, man könnte den Ausstoß von Kohlendioxid nicht nur dauerhaft verringern, sondern die darin enthaltenen Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff auch noch wirtschaftlich nutzen. Klingt unrealistisch? Nicht für thyssenkrupp. Gemeinsam mit 16 Partnern aus der Industrie und der Wissenschaft, zum Beispiel Siemens, Evonik, Linde oder dem Fraunhofer-Institut, haben sie ein groß angelegtes Forschungsprojekt gestartet: Mit Carbon2Chem® werden Hüttengase aus der Stahlproduktion in chemische Grundstoffe umgewandelt.

Forschung unter Realitätsbedingungen

Die Außenansicht der Gasreinigungsanlage. Sie ist das Herzstück des Technikums.
Die Außenansicht der Gasreinigungsanlage. Sie ist das Herzstück des Technikums.

Für den Realitätstest wurde bei thyssenkrupp Steel in Duisburg ein Technikum gebaut. Dieses ist direkt an die Hüttengasleitungen des integrierten Hüttenwerks angeschlossen. Hier kombiniert man seit April 2018 wissenschaftliche Grundlagenforschung mit industriellem Know-how. Erste Produkte werden bereits im September erwartet. Eine Schlüsselrolle bei Carbon2Chem® spielt die Reinigung der Hüttengase. Diese Aufgabe teilen sich die Linde AG, einer der Weltmarktführer im Bereich Anlagenbau, sowie die Anlagenspezialisten von thyssenkrupp Industrial Solutions.

Hüttengase werden zu chemischen Produkten

Über zahlreiche Leitungen wird das gereinigte Gas in die Laborräume der Forschungspartner im Technikum transportiert.
Über zahlreiche Leitungen wird das gereinigte Gas in die Laborräume der Forschungspartner im Technikum transportiert.

Normalerweise wird ein Großteil der Hüttengase aus dem Stahlwerk, der Kokerei und dem Hochofen zur Energiegewinnung verbrannt und anschließend in die Atmosphäre entlassen. Bei Carbon2Chem® werden diese Gase in Chemieprodukte umgewandelt. Dabei wird insbesondere das darin enthaltende Kohlendioxid als Rohstoff genutzt.

Die gewonnenen Basischemikalien werden anschließend weiterverarbeitet. Zunächst werden im Technikum Methanol und Ammoniak produziert. Methanol steckt in einigen Reinigungsmitteln und kann auch als Kraftstoff verwendet werden. Ammoniak wird unter anderem zu Harnstoff und damit zu Mineraldünger weiterverarbeitet.

Unabhängiger vom Erdöl

Carbon2Chem® kann einen Beitrag dazu leisten, unabhängiger vom Erdöl zu werden. So wird der in den Hochofen eingeblasene Kohlenstoff mehrfach genutzt. Das spart fossile Ressourcen. Zudem sind die erzeugten chemischen Produkte bedeutend klimafreundlicher als die bisherigen. Dr. Wiebke Lüke, Projektleiterin von Carbon2Chem® bei der thyssenkrupp AG: „Wir können beispielsweise auch Oxymethylenether herstellen. Das ist ein Ersatzkraftstoff für Diesel und verbrennt rußfreier als herkömmlicher Diesel. Dennoch ist der Umstieg auf CO2 nur dann sinnvoll, wenn die Lebenszyklusanalyse für diese Route insgesamt günstiger abschneidet. Darauf ist immer zu achten.“

Komplizierter Prozess

Eine echte Herausforderung für das Forschungsprojekt ist die Gasreinigung. „Sie ist das zentrale Thema bei Carbon2Chem®“, sagt Dr. Andreas Frey, Entwicklungs- und Prozessingenieur bei Linde. Die Hüttengase enthalten nicht nur Wasserstoff H2, Stickstoff NH2, Kohlenmonoxid CO und CO2, die für die chemische Synthese benötigt werden, sondern auch eine ganze Menge anderer Komponenten, die für hochsensible Katalysatoren schädlich sind. Hinzu kommt, dass es drei unterschiedliche Hüttengase gibt: Konverter-, Hochofen- und Koksofengas. „Wenn wir es nicht schaffen, die Hüttengase so sauber zu bekommen, dass wir am Ende ein reines Synthesegas erhalten, ist die Idee von Carbon2Chem® zum Scheitern verurteilt.“

Am wenigsten verfügbar: Wasserstoff

Um das anfallende Kohlendioxid auf der Hütte zu verwerten, wird mehr Wasserstoff benötigt, als aus den Hüttengasen gewonnen werden kann. Auch dafür gibt es eine Lösung. Dr. Wiebke Lüke: „Wir generieren zusätzliches H2 durch die von thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers entwickelte Wasserelektrolyse. Dabei wird das Wasser mithilfe von Strom in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. Die Wasserelektrolyse betreiben wir mit erneuerbaren Energien.“

Kohlendioxid in neuem Licht

Ist das Projekt Carbon2Chem® erfolgreich, könnte sich der Blick auf das Kohlendioxid verändern: CO2 würde nicht mehr als schädliche Emission, sondern als Rohstoff gesehen werden. Zudem hat Carbon2Chem® das Potenzial, zu einer Schlüsseltechnologie für den globalen Klimaschutz zu werden. Es kann nicht nur in der Stahlproduktion, sondern ebenso in anderen emissionsintensiven Industriezweigen zum Einsatz kommen.

Carbon2Chem® in Zahlen

0,4 Promille...

...beträgt der Anteil von CO2 an der Luft. Weil es einen Teil der von der Erde ins Weltall abgegebenen Wärme absorbiert und wieder zurückstrahlt, ist es aber dennoch entscheidend für das Klima.

50 Stahlstandorte...

...sowie zahlreiche verwandte emissionsintensive Industriezweige weltweit können die Carbon2Chem®-Technologie einsetzen und somit einen maßgeblichen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

44 Prozent...

...Stickstoff sowie 23 Prozent Kohlenstoffmonoxid, 21 Prozent Kohlendioxid, zehn Prozent Wasserstoff und zwei Prozent Methan sind im Hüttengas enthalten.

15 Jahre...

...wird es nach Schätzungen der Experten dauern, bis die Technologie von Carbon2Chem® industriell anwendbar ist.

16 Partner...

...aus Industrie, Wirtschaft und Wissenschaft haben sich unter der Federführung von thyssenkrupp für das Projekt zusammengetan.

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