Kohlendioxid als Rohstoff: Transformationspfade der Chemieindustrie

Erdöl und Erdgas bleiben wichtige Energieträger und zentrale Rohstoffquellen der chemischen Industrie. Doch der Druck wächst, Ressourcen effizienter zu nutzen, Abhängigkeiten zu verringern und die industrielle Wertschöpfung klimafreundlicher zu gestalten. Im Vortrag „Kohlendioxid als Rohstoff – wie schließen wir den Kreislauf?“ bei acatech am Dienstag in Kooperation mit vhs.wissen live zeigte Claus Daniel, acatech Mitglied und Leiter des Advanced Energy Technologies Directorate am Argonne National Laboratory in den USA, wie die Transformation gelingen kann und welche Wege in eine wettbewerbsfähige Kreislaufwirtschaft führen.

Mehr Wert aus vorhandenen Ressourcen

Claus Daniels Ratschlag: nicht die Industrie zu bremsen, sondern vorhandene Ressourcen besser zu nutzen. Kohlenstoff, ein äußerst vielseitiger Grundstoff, stand im Mittelpunkt seines Vortrags. Er steckt in Kunststoffen, Feinchemikalien und vielen weiteren Produkten. Die zentrale Frage lautet: Welche Ressource eignet sich technisch und wirtschaftlich am besten für welches Produkt? Bei der Wahl des Rohstoffes zählen neben dem Klimaschutz auch Anforderungen wie Versorgungssicherheit, geringere Importabhängigkeit und die Stärkung der heimischen Wirtschaft.

Nicht jeder Kohlenstoff ist gleich

Kohlenstoffverbindungen wie Methan, Kohlendioxid und solche, die in Gemischen wie Kunststoffabfällen oder Biomasse vorkommen, unterscheiden sich grundlegend: in ihrer chemischen Struktur, möglichen Verunreinigungen und im Energiebedarf für ihre Umwandlung. Die darauf aufsetzenden Prozesse in der Chemieindustrie müssen entsprechend angepasst sein.

Methan dient der chemischen Industrie als wichtiger Rohstoff. Es bietet sich an, Methan direkt am Entstehungsort in wertvollere und besser transportierbare Produkte umzuwandeln. Kunststoffe lassen sich mechanisch oder chemisch recyceln, wenn sich Aufbereitung und Verwertung wirtschaftlich lohnen. Biomasse liefert wertvolle Grundstoffe für Chemikalien, erfordert jedoch ausgeklügelte Verfahren zur Aufbereitung und Umwandlung. Kohlendioxid nimmt eine Sonderstellung ein: Seine chemische Weiterverarbeitung verlangt Energiezufuhr.

Fabrik der Zukunft: Reaktion und Trennung gemeinsam denken

Ein zentraler Punkt des Vortrags betraf industrielle Verfahren: Claus Daniel betonte, dass Trennprozesse in der chemischen Industrie entscheidend sind. Bisher werden Reaktion und Trennung separat entwickelt. Künftig sollten beide von Anfang an integriert werden, um Energie zu sparen, Kosten zu senken und Verfahren leichter zu skalieren. Für die Umwandlung von Methan erforschen Wissenschaftler neue Reaktionswege: Sie wollen Zwischenstufen vermeiden und möglichst direkt, effizient, selektiv und stabil wertvolle Produkte gewinnen.

Von der Entdeckung zur Anwendung – mit KI und Industriepartnerschaften

Künstliche Intelligenz erweitert die Möglichkeiten der Forschung. Wer rechnergestützte Chemie, KI, Experimente und Prozessanalysen verbindet, beschleunigt Entwicklungszyklen und steuert sie gezielter. Ein weiterer Treiber in Forschung und Entwicklung ist viel älter: frühzeitige wirtschaftliche Bewertungen und enge Forschungspartnerschaften mit der Industrie. So erkennen Forscher Herausforderungen, die wissenschaftlich interessant und zugleich relevant für die Anwendung sind.

Vier Schritte zu einer wettbewerbsfähigen Kreislaufwirtschaft

Die gegenwärtige Transformation der Chemieindustrie erfordert, die gesamte Wertschöpfungskette neu zu denken: Welche ungenutzten Ressourcen lassen sich erschließen? Welche neuen Moleküle und Produkte können daraus entstehen? Und wie schafft man daraus zusätzliche Wertschöpfung? Diese Fragen müssen durch Forschung, im engen Wechselspiel von Wissenschaft und Wirtschaft, beantwortet werden. Die Antworten sind entscheidend für technologische Souveränität und Wettbewerbsfähigkeit, in den USA wie in Europa.