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04.06.2018 | Umwelt | Interview | Onlineartikel

"Wir wollen ein Pionierprojekt der Chemie 4.0 etablieren"

Autor:
Nico Andritschke

Am IMWS gelang es ein Verfahren zu entwickeln, bei dem Kohlenstoffträger stofflich genutzt werden. Professor Ralf Wehrspohn beschreibt das Verfahren und seine Bedeutung für die Plastikmüll-Verwertung. 

Springer Professional: Bisher werden Kohlenstoffträger meist thermisch verwertet. Sie haben mit Kooperationspartnern einen anderen Ansatz gewählt und möchten in einer Pilotanlage in Leuna (Sachsen-Anhalt) aus Plastikmüll und Braunkohle ein Synthesegas für die Chemische Industrie produzieren. Wie ist das technologisch möglich und welcher Voraussetzungen bedarf es dafür?

Ralf Wehrspohn: Wir nutzen einen Prozess, in dem der Kohlenstoffträger Plastikmüll zusammen mit Braunkohle oder Biomasse vergast wird. Das passiert in einem Reaktor, wo die Ausgangsstoffe mit Sauerstoff und Wasserdampf unter Wärmeentwicklung bei Temperaturen von mindestens 1000 °C behandelt werden. Wenn man Wasserstoff hinzugibt und weitere Schritte zur Aufbereitung und Aufreinigung unternimmt, entsteht ein Synthesegas, aus dem sich beispielsweise Methanol herstellen lässt. Auch Ethanol, Aceton oder diverse Verbindungen für biotechnologische Anwendungen lassen sich mittels Fermentation auf diese Weise gewinnen. Im Labormaßstab haben wir nachgewiesen, dass diese Konversionstechnologie funktioniert. Die Voraussetzung für einen erfolgreichen Betrieb der Pilotanlage Carbontrans ist einmal das Gelingen des Upscalings auf einen Maßstab, der den Ansprüchen der Industrie gerecht wird. Außerdem müssen wir sicherstellen, dass auch bei sehr heterogenen Abfällen als Ausgangsstoff ein hochwertiges Synthesegas entsteht. Darin liegt die größte Herausforderung für unsere Forschung, denn neben dem detaillierten prozesstechnischen Verständnis, ist auch eine weitgehende Anpassung der Anlagentechnik notwendig.

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Wenn Ihr Vorhaben gelingt, wäre das nicht nur ein Beitrag zu einer emissionsarmen Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft, sondern könnte sicher auch eine Lösung für unser Plastikmüll-Problem sein. Welche Vorteile versprechen Sie sich von der Anwendung des Verfahrens?

In der Tat kann mit der Pilotanlage eine nahezu CO2-neutrale Nutzung von Kohlenstoffträgern wie Plastikmüll möglich werden. Das gelingt, weil der benötigte Wasserstoff kein "grauer" Wasserstoff auf Basis fossiler Rohstoffe ist, sondern "grüner Wasserstoff". Den produzieren wir durch Elektrolyse mittels Strom aus erneuerbaren Energien in unserer ebenfalls in Leuna entstehenden Elektrolyseplattform. Auch der für den Konversionsprozess benötigte Sauerstoff wird auf diese Weise zur Verfügung gestellt.

Die Vorteile des Verfahrens liegen somit vor allem in drei Effekten: Wir stellen mit dem entstehenden Synthesegas eine wertvolle Ressource für die chemische Industrie zur Verfügung, und zwar unabhängig von Erdöl und Erdgas. Wir demonstrieren in einem Pilotprojekt, wie die Transformation der linearen Kohlenstoffwirtschaft in eine weitgehend CO2-neutrale Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft aussehen kann. Nicht zuletzt schaffen wir eine Möglichkeit, auch Braunkohle damit CO2-neutral zu nutzen – und zwar ohne das Klima zu belasten. Ein weiterer Vorteil ist, dass wir von Anfang an die digitalen Möglichkeiten mitdenken. Mit der Kombination aus dem Einsatz nachwachsender Rohstoffe, dem Erfassen von Daten entlang der Wertschöpfungskette und dem Fokus auf eine effiziente Kreislaufwirtschaft wollen wir ein Pionierprojekt der Chemie 4.0 etablieren. 

Die Braunkohle als Energieträger für die Stromwirtschaft hat längerfristig ausgedient, sie würde dennoch in ihrem Projekt eine Renaissance erleben. Ist dies ein zeitgemäßer Schritt und welche Vorteile entstünden dabei für die Braunkohle-Regionen?

Der Heizwert von durchschnittlichem Plastikmüll ist nicht ausreichend, den Vergasungsreaktor selbstbrennend zu betreiben. In anderen Pilotprojekten in Holland oder Kanada wird daher der Reaktor extern mit fossilen Brennstoffen aus Öl oder Gas befeuert. Unser Ansatz ist, die externe Befeuerung mit fossilen Brennstoffen zu vermeiden und den Brennwert in dem Reaktor so hoch zu haben, dass die Reaktion energetisch selbstbrennend abläuft. Dazu muss der Brennwert von Plastikmüll durch Biomasse oder Braunkohle erhöht werden. Dabei kann Braunkohle wertschöpfend für die Region und klimaneutral für die Umwelt eingesetzt werden, so dass am Ende keine zusätzlichen CO2-Emmissionen wie bei der Verbrennung entstehen. Im besten Fall wird die Pilotanlage so zu einem Baustein für den gelungenen Strukturwandel in den Revieren – denn wir gehen davon aus, dass es für diese Technologie nicht nur in Mitteldeutschland, sondern auch weltweit eine Nachfrage gibt. 

Ab wann wird die Carbontrans-Pilotanlage produzieren können und in welcher Größenordnung?

Wir beginnen in 2019 mit der Planungsphase. Eine Zusage des Landes Sachsen-Anhalt in Form eines Kabinettsbeschlusses über die Unterstützung und Förderung der Pilotanlage liegt erfreulicherweise bereits vor, nachdem Ministerpräsident Dr. Reiner Haseloff und die relevanten Ressortminister sich persönlich von der Nachhaltigkeit der Technologie und den Chancen für die Region überzeugt haben. Es stehen nun noch viele genehmigungsrechtliche, finanzielle und vertragliche Schritte mit den Partnern vor Ort vor uns, bevor wir mit der Ausführungsplanung beginnen können. Spätestens 2024 soll die Pilotanlage mit 10 Megawatt Leistung in Betrieb gehen und so einen Beitrag für eine nachhaltige Chemieproduktion in Deutschland leisten. Die Elektrolyseplattform Leuna, die den grünen Wasserstoff liefert, geht bereits in 2019 in den Testbetrieb.

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