14 Dezember 2017

Aus CO2 wird Kraftstoff

Thyssenkrupp forscht mit Partnern zur Klimaneutralität

Aus CO2 wird Kraftstoff

Das Werk dampft und schmaucht. Weiße Wasserdampfwolken quellen aus den Schornsteinen, überschüssige Hüttengase werden abgefackelt. In den Hochöfen von thyssenkrupp in Duisburg werden jährlich 10 bis 13 Millionen Tonnen Stahl produziert. Das ist der größte Stahlstandort in Deutschland. Und er soll in absehbarer Zeit klimaneutral werden. Das ganze CO2, das die Produktion ausstößt, soll aufbereitet und verwertet werden. Dünger, Kunst- und Kraftstoffe, die heute weitgehend aus Erdöl, Erdgas und Kohle gemacht werden, können daraus entstehen. Ein Konsortium aus Industrie und Wissenschaft erforscht im Projekt Carbon2Chem, wie Millionen Tonnen CO2 aus der Stahlproduktion in Nützliches verwandelt werden können.

thyssenkrupp leitet den Zusammenschluss, zu dem sieben Chemiekonzerne sowie Siemens, VW, mehrere Hochschulen und Forschungsinstitute gehören. Der Essener Anlagenbauer und Stahlproduzent baut neben seinem Werk in Duisburg eine Pilotanlage, die im Frühjahr 2018 in Betrieb gehen soll. In diesem Technikum werden die Hüttengase gereinigt und vorbereitet. In verschiedenen Labors testen die Partner vor Ort, was sie aus den darin enthaltenen Wasserstoff, Stickstoff, Kohlendioxid und Methan herstellen können. Etwa Methanol, das als Brennstoff und als Vorläufer für viele Endprodukte dienen kann und sich zudem leicht transportieren lässt. Aber auch andere Alkohole, Ammoniak oder Polymere kommen in Frage.

Kreislaufwirtschaft beim CO2

Das Ziel: ein Kreislauf, wie es ihn bei anderen Materialien längst gibt. „Stahl recyceln wir zu 90 Prozent“, sagt der Technologiechef von thyssenkrupp, Reinhold Achatz. Das CO2 zu verwerten, sei weit besser, als es nur aufzufangen und zu lagern. Denn ganz vermeiden ließe sich das Treibhausgas nicht. Heutige Anlagen seien kaum mehr zu optimieren. Auch braucht die Stahlproduktion die Kohle: Aus Steinkohle wird unter Luftabschluss und Hitze Koks. Das harte poröse Material ist notwendig, damit im Hochofen das Eisenerz bei rund 1500 Grad schmilzt. Dabei läuft eine chemische Reaktion ab, die Eisen und Kohlendioxid freisetzt. Achatz: „Wir müssen akzeptieren, dass manche Industrien immer CO2 ausstoßen werden.“ 7 Prozent der weltweiten Emissionen stammen aus Kokereien und Hochöfen.

Bisher verbrennt thyssenkrupp die Hüttengase im firmeneigenen Kraftwerk und erzeugt Strom. Künftig wird ein Teil davon für die Chemieproduktion abgezweigt. Und zwar dann, wenn Energie in großen Mengen und zu günstigen Preisen zur Verfügung steht. „Die Aufbereitung und Verwertung der Hüttengase verbraucht enorme Mengen an Strom: Damit das Ganze ökologisch Sinn macht, muss er aus erneuerbaren Quellen stammen. Aber das Angebot an Ökostrom variiert nach Wetterlage, die Stahlproduktion lässt sich jedoch nicht flexibel hoch- und runterfahren“, schildert Projektkoordinator Markus Oles das Problem. Auch die Chemieproduktion kann nur begrenzt schwanken. Zumindest ist das bislang so: Die Partner arbeiten an neuen Katalysatoren, die Schwankungen besser abfangen können. Als Puffer dient zudem eine Wasser-Elektrolyse, die thyssenkrupp ebenfalls am Standort baut. Gibt es einen Überschuss an Ökostrom im Netz, spaltet sie Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Letzterer ist zum Beispiel für die Methanol- wie auch für die Ammoniaksynthese nötig.

Das Konzept muss auch woanders funktionieren

Innerhalb von 10 Jahren soll Carbon2Chem seine technische Machbarkeit und seine Wirtschaftlichkeit beweisen. Rund 100 Millionen Euro investieren die Partner bis 2025 in die Entwicklung des Verbunds aus Elektrolyse, Chemieproduktion und Stahlwerk. Das Bundesforschungsministerium fördert das Vorhaben mit 62 Millionen Euro. Am Ende soll das Ganze aber auch ohne Zuwendungen funktionieren. Im Vergleich zum Abtrennen und Speichern von CO2, das zurzeit zur Klimarettung diskutiert wird, liegen die Vorteile von Carbon2Chem auf der Hand: Das Verfahren braucht keine Lagerstätten und spart fossile Rohstoffe. Mit diesem Ansatz können bis zu 20 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr aus dem Ausstoß der deutschen Stahlbranche wirtschaftlich nutzbar gemacht werden. Das entspricht einem Zehntel der jährlichen CO2-Emissionen der hiesigen Industrie insgesamt.

Ab 2030, so die Vision, könnte das Treibhaus-Gas im großen Maßstab verwertet – und Carbon2Chem auf andere Stahlwerke übertragen werden. Rund 50 weltweit kämen dafür in Frage, weil ihre Hüttengase eine ganz ähnliche Zusammensetzung haben. Das zugrunde liegende Konzept könne aber auch für andere CO2-Quellen, etwa Kraftwerke und Zementfabriken, verwendet werden. Die Chemieindustrie hat ihrerseits bereits einige Ideen, was sie Nützliches aus dem Klimakiller herstellen könnte. So macht Covestro Materialien für Matratzen, Folien oder Kabelummantelungen teils aus CO2. BASF arbeitet an der Diesel-Alternative OME, die fast ohne Ruß und Stickstoffoxide verbrennt.

Text: Matilda Jordanova-Duda, Fotos: Werk