Chemische Produktion 21.12.2012, 18:28 Uhr

CO2 als Rohstoff nutzen

Es klingt fast nach Alchemie, den Klimakiller Kohlendioxid (CO2) als Rohstoff nutzen zu wollen. Das Molekül ist so träge, dass es nur unter hohem Energieaufwand mit anderen Chemikalien reagiert. Doch auf einer Konferenz kürzlich in Essen diskutierten Experten aus Forschung und der Wirtschaft, wie dieser Traum mancher Chemiker wahr werden kann.

Der Markt für Kunststoffe wächst.

Der Markt für Kunststoffe wächst.

Foto: Werkfoto

Die Natur macht es vor: Pflanzen stellen organische Moleküle aus CO2 her. Sie nutzen dazu Sonnenenergie und Katalysatoren wie Chlorophyll. „Entwickeln Wissenschaftler also gute Katalysatoren und nutzt die Industrie erneuerbare Energiequellen, können wir CO2 selber sinnvoll nutzen“, glaubt Michael Carus, Geschäftsführer des Nova-Instituts in Hürth bei Köln, das die Konferenz „Kohlendioxid als Rohstoff für die Chemie und Polymere“ in Essen organisiert hat.

Sind die Bedingungen günstig, nutzen Unternehmen bereits heute CO2 als Rohstoff. So stellt die amerikanisch-isländische Firma Carbon Recycling International (CRI) seit Herbst 2011 Methanol aus CO2 und Wasserstoff her. CRI nutzt dazu im Südwesten der Insel Erdwärme, um Wasser elektrolytisch in Sauer- und Wasserstoff zu spalten. CRI kann zurzeit 4000 t Methanol/Jahr herstellen und will sogar auf 50 000 t/Jahr hochfahren.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
ASML-Firmenlogo
Prozessingenieur:in Laser-Strukturierung ASML
ASML-Firmenlogo
Projektleiter:in Product Engineering ASML
ASML-Firmenlogo
Prozessingenieur:in Klebetechnologie ASML
Regierungspräsidium Freiburg-Firmenlogo
Master / Diplom (Univ.) Bauingenieurwesen oder vergleichbar mit Schwerpunkt konstruktiver Ingenieurbau Regierungspräsidium Freiburg
Freiburg Zum Job 
Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Qualitätsingenieur BMW (m/w/d) Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG
Abensberg bei Regensburg Zum Job 
Knauf PFT GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Betriebsleiter Baumaschinenfertigung (m/w/d) Knauf PFT GmbH & Co. KG
Iphofen Zum Job 
Fraunhofer-Gesellschaft-Firmenlogo
Architekt*in / Dipl.-Ingenieur*in - Vergabe von Bau- & Bauplanungsleistungen Fraunhofer-Gesellschaft
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieurin oder Ingenieur Verkehrsbehörde (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Bad Gandersheim, Hannover Zum Job 
Rittal-Firmenlogo
Prüfingenieur / Prüftechniker (m/w/d) Elektrotechnik Produktentwicklung Stromverteilung Rittal
Herborn Zum Job 
Niedersächsische Landgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauingenieur oder Architekt als Projektleiter im Agrar- und Spezialbau (m/w/d) Niedersächsische Landgesellschaft mbH
Lüneburg Zum Job 
Niedersächsische Landgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauingenieur oder Architekt als Projektmanager im Agrar- und Spezialbau (m/w/d) Niedersächsische Landgesellschaft mbH
Bremerhaven Zum Job 
Niedersächsische Landgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauingenieur Baulandentwicklung Tiefbau (m/w/d) Niedersächsische Landgesellschaft mbH
Osnabrück Zum Job 
Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) für die Prüfung von Planungen und Bauvorbereitungen im Bereich der kommunalen Straßenbauförderung Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr
Metropolregion Hannover / Braunschweig / Göttingen / Wolfsburg Zum Job 
Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) für die Prüfung von Planungen und Bauvorbereitungen im Bereich der kommunalen Straßenbauförderung Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr
Metropolregion Hannover / Braunschweig / Göttingen / Wolfsburg Zum Job 
Bühler GmbH-Firmenlogo
Automation Engineer (m/w/d) im Sondermaschinenbau für Süßwarenprodukte Bühler GmbH
Reichshof (bei Köln) Zum Job 
Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr-Firmenlogo
Bauingenieure (w/m/d) Niedersächsische Landesbehörde für Straßenbau und Verkehr
Hannover Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Senior Projektmanager*in Niederspannung (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Strategische*r Einkäufer*in Anlagenbau (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Projektleitung Fahrweg für Trambahnneubaustrecken (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
Döhler Group-Firmenlogo
Project Engineer (m/f/d) Digital Transformation Döhler Group
Darmstadt Zum Job 

CO2 binden, um es als Rohstoff nutzbar zu machen

Solche Orte gibt es nur selten. Um CO2 auch woanders als Rohstoff nutzen zu können, versuchen manche Forscher, Wasser mithilfe von Katalysatoren in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten. Andere optimieren die Reaktion von CO2 und Wasserstoff zu Methanol oder – wie das Forscherteam um Arno Behr am Lehrstuhl Technische Chemie der TU Dortmund – zu Ameisensäure.

Behr nennt einen Grund für seine Wahl: „Die Säure lässt sich unter milderen Bedingungen herstellen als der Alkohol.“ Es genügen 30 bar bei 25 °C statt über 50 bar und 200 °C. Die Säure wird vielseitig eingesetzt. Firmen nutzen sie zum Beizen bei der Textil- und Lederverarbeitung und in Desinfektionsmitteln.

„Chemiefirmen können die Säure auch als transportierbaren Kohlenstoff- oder Wasserstoffspeicher nutzen“, so Behr. Denn die flüssige Säure lässt sich mit relativ wenig Energie zu Wasserstoff und CO2 oder zu Kohlenmonoxid und Wasser aufspalten. Der Wasserstoff kann neu genutzt werden. Kohlenmonoxid wiederum ist Ausgangsstoff, um etwa Essigsäure oder Phosgen herzustellen.

Dortmunder Versuchsanlage stellt Ameisensäure aus CO2 her

Die Laborversuche an der TU Dortmund begannen Ende 2010. Sie sind so erfolgreich gewesen, „dass wir uns 2011 entschieden, eine kleine Versuchsanlage zu bauen“, sagt Behr. Forscher können hier seit Sommer 2012 Ameisensäure kontinuierlich aus CO2 herstellen. Der Katalysator kann dabei recycelt und erneut eingesetzt werden.

Das Team um Behr untersucht etwa, welche Nebenprodukte sich anreichern und wie lange der Katalysator eingesetzt werden kann. Diese Forschung ist Teil der vom Bundesforschungsministerium geförderten Industrieinitiative „CO2rrekt“ (CO2-Reaction using Regenerative Energies and Catalytic Technologies). Darin suchen der Chemiekonzern Bayer, der Energiekonzern RWE sowie Siemens mit zehn Hochschulen und Wissenschaftsorganisationen mögliche stoffliche CO2-Anwendungen.

Auf der Essener Konferenz präsentierte Uwe Seemann, Projektleiter der Material- und Systemforschung bei der BASF, auch neue Entwicklungen bei der Herstellung CO2-basierter Kunststoffe. So stellt der Konzern das Polymer Polypropylencarbonat (PPC) mit einem Katalysator aus CO2 und dem reaktiven Molekül Propylenoxid her. PPC ist durchsichtig, steif, industriell kompostierbar und hat das Potenzial für einen neuen Massenkunststoff.

Doch von der Forschung an PPC bis zu seiner Vermarktung ist für BASF noch ein Stück zu gehen. Zurzeit sucht der Chemiekonzern Abnehmer für das Polymer. Dazu hat BASF in dem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt „CO2 als Polymerbaustein“ gemeinsam mit Siemens, der TU München und der Uni Hamburg neue Kunststoffrezepturen aus PPC und Polyhydroxybutyrat (PHB) oder Polymilchsäure (PLA) entwickelt. Tests belegten, dass Kunststoffe aus PPC und PHB oder PLA Eigenschaften wie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Polystyrol (PS) aufweisen können.

Die Industrie ist interessiert: Ingenieure von BSH Bosch und Siemens Hausgeräte haben in Machbarkeitsstudien eine Staubsaugerabdeckung aus PHB/PPC statt aus ABS hergestellt sowie Prototypen von Kühlschrankbauteilen, die aus PLA/PPC statt aus PS bestehen. Ein Vorteil der neuen Kunststoffmischungen ist deren Nachhaltigkeit: Die kompostierbaren Polymere PHB und PLA lassen sich aus Zucker oder Stärke herstellen, und jedes vierte Kohlenstoffatom des PPC stammt vom Klimakiller CO2.

Pilotanlage von Bayer stellt Polyole aus CO2 und Propylenoxid her

Der Chemiekonzern Bayer ist weiter. Er betreibt seit Anfang 2011 in Leverkusen eine Pilotanlage, in der Polyole aus CO2 und Propylenoxid hergestellt werden. Aus diesen Polyolen stellt der Konzern zu Testzwecken Schaumstoff aus Polyurethan her. Dieser Schaumstoff hat, so ist aus der Leverkusener Bayer-Zentrale zu hören, eine ebenso gute Qualität wie Schaumstoff aus konventionell hergestellten Polyurethanen. Ab 2015 will die Firma CO2-basierte Polyole für Polyurethan-Weichschaum für Matratzen vermarkten.

Mehr zum Thema

Der Markt für Chemikalien und Kunststoffe, die aus CO2 oder nachwachsenden Rohstoffen stammen, wird zunehmen, meint Carus. „Sie können eine bessere Klimabilanz aufweisen als aus Erdöl hergestellte Substanzen.“ Wenn Rohstoffe auf Feldern wachsen oder aus Abgasen von Kohlekraftwerken stammen, würden fossile Ressourcen geschont.

„Die stoffliche CO2-Nutzung kann das Klimaproblem aber nicht lösen“, stellt Carus klar. Er gibt ein Beispiel: Hätte die chemische Industrie der EU im Jahr 2009 statt Erdöl CO2 als Kohlenstoffquelle genutzt, hätte sie 233 Mio. t CO2 benötigt. Das entspricht knapp mehr als 5 % der gesamten CO2-Emissionen der EU. „Das ist aber mindestens doppelt so viel, wie die chemische Industrie selber an CO2 emittiert“, ergänzt Carus. Die Chemieindustrie könne also theoretisch eine Senke für das Klimagas werden – wenn die benötigte Energie aus erneuerbaren Quellen stammt.

Ein Beitrag von:

  • Ralph H. Ahrens

    Chefredakteur des UmweltMagazins der VDI Fachmediengruppe. Der promovierte Chemiker arbeitete u.a. beim Freiburger Regionalradio. Er absolvierte eine Weiterbildung zum „Fachjournalisten für Umweltfragen“ und arbeitete bis 2019 freiberuflich für dieverse Printmedien, u.a. VDI nachrichten. Seine Themenschwerpunkte sind Chemikalien-, Industrie- und Klimapolitik auf deutscher, EU- und internationaler Ebene.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.