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07.08.2019 | Verfahrenstechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Carbon2Chem-Pilotanlage nimmt Betrieb auf

Autor:
Dieter Beste

Hüttengas aus der Stahlproduktion als Rohstoffquelle für die chemische Industrie zu erschließen, ist Ziel des Verbundprojekts Carbon2Chem. Ein potenzielles Produkt ist Methanol – vielseitig nutzbar als Basischemikalie oder als synthetischer Kraftstoff.

Kohlendioxid (CO2) ist viel zu kostbar, um es als Abgas etwa von industriellen Prozessen in die Atmosphäre entweichen und dort als Treibhausgas sein Unwesen treiben zu lassen. CO2 ist ein wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie. Diese Rohstoffquelle nutzbar zu machen, verfolgen die Partner des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 60 Millionen Euro geförderten Verbundprojekts Carbon2Chem. Konkret geht es darum, die Emission von Hüttengasen in Stahlwerken zu reduzieren und im Gegenzug mit dem zu Methanol gewandelten CO2 in der chemischen Industrie zudem den Verbrauch von fossilen Rohstoffen zu senken.

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Im September 2018 wurde erstmals Methanol aus Hüttengasen im Technikum des Stahlwerks Duisburg von Thyssen Krupp erzeugt. Es war nach Unternehmensangaben weltweit das erste Mal, dass Gase aus der Stahlproduktion, einschließlich des darin enthaltenen CO2, auf diese Weise chemisch umgewandelt wurden. Thyssen Krupp ist zusammen mit Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft, der Max-Planck-Gesellschaft und weiteren Partnern aus Forschung und Industrie an Carbon2Chem beteiligt. Die Motivation der Forschungspartner: Die Technologie könne, wenn sie großtechnisch umgesetzt werde, rund 20 Millionen Tonnen der jährlichen CO2 Emissionen der deutschen Stahlbranche wirtschaftlich verwertbar machen. Und sie sei auch in anderen CO2-intensiven Industrien einsetzbar. 

Hüttengase enthalten zahlreiche chemische Elemente, darunter Kohlenstoff in Gestalt von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserstoff, was sie für die Produktion von kohlen- und wasserstoffhaltigem Synthesegas qualifiziert, einem Vorprodukt, aus dem unterschiedliche Chemikalien hergestellt werden können. Beispiele sind Ammoniak, Methanol, Polymere oder höhere Alkohole. Synthesegase werden in der Chemie bisher aus fossilen Energieträgern wie Erdgas oder Kohle gewonnen. Kurzum: Carbon2Chem wandelt nicht nur das in den Stahlwerksemissionen enthaltene CO2 um, sondern spart auch das CO2 ein, das bisher beim Erzeugen von Synthesegas aus fossilen Kohlenstoffträgern entsteht.

75 Liter Rohmethanol am Tag

Was im Herbst letzten Jahres im Labormaßstab gelang, wird jetzt für die großtechnische Umsetzung vorbereitet: Im Juli 2019 ging am Carbon2Chem-Labor des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Umsicht) in Oberhausen eine Pilotanlage in Betrieb. Sie stammt aus der Schweiz und wurde dort für die Umsetzung reinen Kohlendioxids mit Elektrolyse-Wasserstoff zu Methanol konzipiert. Bis auf die mit bis zu 75 Litern pro Tag Rohmethanol (Gemisch aus Methanol und Wasser) im Vergleich zur industriellen Produktion geringen Produktionskapazität weise die Anlage alle wesentlichen Konstruktionsmerkmale einer Anlage im Industriemaßstab auf, heißt es in einer Mitteilung des Instituts. Ab 2020 soll die Anlage, dann in Duisburg, bis zu 75 Liter Rohmethanol am Tag im praktischen Betrieb des dortigen Stahlwerks produzieren.

Bekanntestes Beispiel für die Herstellung von regenerativem Methanol aus CO2 ist die seit 2012 in Betrieb befindliche 4500 t/a Demonstrationsanlage der CRI in Svartsengi/Island auf Basis von CO2-Abgas und geothermischer Energie zur Herstellung von Elektrolyse-Wasserstoff. Eine Vielzahl von Projekten befassen sich mit der Abtrennung von CO2 aus Abgasen und Umsetzung mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff zu Methanol, Beispiele sind die Entwicklung der Thyssen Krupp und Swiss Liquid Future (SLF) von kleinen Methanolanlagen auf Basis Elektrolysewasserstoff und CO2 aus diversen Abgasen, das Verbundprojekt "Power-to-Methanol" – "Grünes Methanol" (PtM) u. a. der TU Bergakademie Freiberg und der weiteren Ausgestaltung zur Erzeugung von Kerosin aus Methanol (KeroSyN10), Carbon2Chem® (Nutzung von CO2 aus Hüttengasen) oder das Projekt der MHI/STEAG in Lünen (CO2 aus Steinkohle-Kraftwerk)." Wolfgang Maus (Hrsg.) "Zukünftige Kraftstoffe", Seite 494.

An Carbon2Chem bestehe hohes Interesse, auch außerhalb von Europa, sind die Forschungspartner sicher. Weltweit gebe es etwa 50 Stahlwerke, die für Carbon2Chem in Frage kämen. Außerdem führe man bereits Gespräche mit Interessenten, wie die Technologie auch auf andere CO2-intensive Industrien übertragen werden könne.

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