Neue Studie: Wie die Chemieindustrie ihre fossile Rohstoffbasis ersetzen kann
Die chemische Industrie braucht neue Kohlenstoffquellen jenseits von Erdöl und Erdgas. Eine Studie der Begleitforschung Industrie und Gewerbe in Zusammenarbeit mit der DECHEMA zeigt, welche Rohstoffe und Verfahren besonders aussichtsreich sind – und wo noch Forschungsbedarf besteht.
Die chemische Industrie benötigt Kohlenstoff, um eine Vielzahl an Gütern herzustellen, wie für Kunststoffe, Farben oder Kosmetika. Bislang stammt dieser überwiegend aus fossilen Rohstoffen. Im Mittelpunkt der Studie stehen drei mögliche Rohstoffquellen: abgeschiedenes CO₂ aus Industrie- und Abfallanlagen, biogene Rest- und Abfallstoffe sowie nicht mechanisch recycelbare Kunststoffabfälle. Aus ihnen sollen wichtige Plattformchemikalien wie Methanol, Olefine und Aromaten hergestellt werden. Die Studie betrachtet dafür die gesamte Prozesskette – von der Aufbereitung der Rohstoffe bis zum fertigen chemischen Grundstoff.
Alternative Rohstoffe für die Chemieindustrie: CO₂, Biomasse und Kunststoffabfälle
Eine zentrale Erkenntnis lautet: Es gibt nicht den einen Weg für die defossilisierte Chemieindustrie. Welche Technologie geeignet ist, hängt unter anderem von der Rohstoffverfügbarkeit, der Energieversorgung, vorhandenen Anlagen und der Infrastruktur am jeweiligen Standort ab.
CO₂ aus unvermeidbaren Emissionen, beispielsweise aus Zement- und Kalkwerken, sowie aus biogenen Quellen wie Biogas- oder Abfallverbrennungsanlagen kann langfristig eine wichtige Kohlenstoffquelle sein. Direct Air Capture, also die Abscheidung von CO₂ direkt aus der Umgebungsluft, könnte Versorgungslücken schließen, benötigt derzeit jedoch viel als Kohlenstoffquelle begrenzte Mengen, schwankende Qualitäten, aufwendige Transporte und Konkurrenz zu anderen Anwendungen eingeschränkt. Kunststoffabfälle bieten insbesondere dann Potenzial, wenn sie nicht weiter mechanisch aufbereitet und damit stofflich hochwertig verwertet werden können. Verfahren wie Pyrolyse und Gasifizierung können den darin enthaltenen Kohlenstoff wieder für die chemische Produktion verfügbar machen. Allein 2023 wurden in Deutschland rund 3,6 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle energetisch verwertet. Das geht aus dem von Conversio erstellten „Stoffstrombild Kunststoffe in Deutschland 2023“ hervor. Diese Abfälle kommen grundsätzlich als Ausgangsmaterial für chemische Recyclingverfahren infrage.
Chemische Verfahrenstechnik: Wo Forschung und Entwicklung ansetzen müssen
Die Studie identifiziert rohstoffflexible Gasifizierungsverfahren, Power-to-X-Prozesse zur Herstellung von Methanol, Olefinen und Aromaten sowie die Kunststoffpyrolyse als prioritäre Forschungsfelder. Dabei reicht es nicht aus, einzelne Reaktoren oder Prozessschritte zu optimieren. Rohstoffvorbehandlung, Katalysatoren, Reaktionstechnik und Produktaufarbeitung müssen gemeinsam weiterentwickelt werden.
Power-to-X, Pyrolyse und Fischer-Tropsch als ergänzende Verfahren
Die Untersuchung macht zugleich deutlich, dass viele Verfahren nicht zwangsläufig miteinander konkurrieren. Pyrolyseprodukte aus Kunststoffabfällen könnten beispielsweise gemeinsam mit synthetischen Rohstoffen aus Fischer-Tropsch-Prozessen weiterverarbeitet werden. Bei der Fischer-Tropsch-Synthese wird Synthesegas aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt, die unter anderem als Rohstoffe für die chemische Industrie dienen können. Auch Methanol-to-X- und Fischer-Tropsch-Routen können sich je nach Standort und Produktportfolio ergänzen.
Studie unterstützt fachlichen Austausch im Forschungsnetzwerk Industrie und Gewerbe
Die Studie „Transformation der Chemischen Verfahrenstechnik – Effiziente Herstellungswege mit veränderter Rohstoffbasis“ entstand als Teil des vom BMWE geförderten Forschungsprojekts EE4InG2 – Begleitforschung für Energieeffizienz in Industrie und Gewerbe gemeinsam mit der DECHEMA.
Die Begleitforschung unterstützt das Forschungsnetzwerk Industrie und Gewerbe des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE). Die Studienergebnisse fließen in den fachlichen Austausch, unterstützen die Entwicklung weiterer Strategien und geben dem Forschungsfeld Chemische Verfahrenstechnik Impulse – etwa zu energieeffizienten Prozessen, neuen Reaktorkonzepten und einer veränderten industriellen Rohstoffbasis.
Studie zur Transformation der Chemieindustrie herunterladen
Die vollständige Studie zeigt detailliert, wie die einzelnen Prozessketten funktionieren, welche technischen und regulatorischen Hemmnisse bestehen und an welchen Stellen Forschung und Förderung ansetzen können.
