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Wenn möglich werden CO2-Emissionen zwar stark reduziert, doch in manchen Industriezweigen sind sie nach wie vor unvermeidbar.

Wie CO₂ von einem Abfallprodukt zu einem wertvollen Rohstoff für hochwertige Produkte wird, erklärt der Umwelttechnik-Experte Stefan Ebener von ZeCarb, Messer’s Marke für CCU.

CO₂-Emissionen zählen zu den Hauptverursachern der globalen Klimaerwärmung. Während es in vielen Bereichen möglich ist, den Ausstoß von Kohlendioxid z. B. durch die Umstellung auf erneuerbare Energien nachhaltig zu reduzieren, gibt es Industriezweige, in denen prozessbedingte CO₂-Emissionen unvermeidbar sind. Mit Carbon Capture and Utilization (CCU) besteht jedoch die Möglichkeit, das Treibhausgas den Prozessgasen und der Atmosphäre zu entziehen, um den darin enthaltenen Kohlenstoff wieder als Grundstoff einer Wertschöpfungskette für hochwertige Produkte zuzuführen. So im Kreislauf geführt, kann das klimaschädliche CO₂ nicht nur nachhaltig vermieden und ggf. sogar reduziert werden, sondern es wandelt sich vom umweltschädlichen Abfallprodukt zu einem Rohstoff. Somit birgt die Abscheidung und Nutzung von CO₂ (= CCU) das Potenzial, aktiv zum Klimaschutz beizutragen.

CCU – die Revolution in der CO₂-Nutzung
Auf dem ambitionierten Weg in Richtung Klimaneutralität bis 2040 ist Carbon Capture, also die technische Abscheidung von CO₂ von nicht oder nur schwer vermeidbaren CO₂-Emissionen, bereits heute schon ein fester Bestandteil der Strategie. Im aktuellen österreichischen „Klimaplan 2040“ wird diese CO₂-Menge für Österreich auf mind. 5 Mio. t/a geschätzt. Um dieses CO₂ langfristig und nachhaltig der Atmosphäre zu entziehen, muss es entweder in geologischen Speichern dauerhaft gelagert oder in langlebigen Produkten über lange Zeiträume gebunden werden.

Somit gewinnt CCU zur Erreichung der Klimaziele zunehmend an Bedeutung. CCU steht für Carbon Capture and Utilization, übersetzt Kohlendioxid-Abscheidung und Nutzung. Es handelt sich dabei um effiziente technische Verfahren, bei dem CO₂ aus industriellen Abgasen oder direkt aus der Luft abgeschieden, aufbereitet und anschließend einer Wiederverwendung zugeführt wird. Dadurch wird nicht nur ein Beitrag zur Reduktion der CO₂-Emissionen geleistet, sondern es werden auch wertvolle Basismaterialien gewonnen, z. B. für die Verwendung in der chemischen Industrie.

Das CCU-Verfahren besteht im Wesentlichen aus drei Schritten: Abscheidung, Aufbereitung und Nutzung:

• Abscheidung: Das Kohlendioxid wird aus Abgasen von Fabriken oder direkt aus der Luft herausgefiltert. Spezielle Technologien wie Filter oder chemische Absorptionsmittel binden das CO₂ und trennen es von anderen Gaskomponenten.

• Aufbereitung: Um die erforderliche Qualität für verschiedene Anwendungen darzustellen, wird das eingefangene CO₂ gereinigt und ggfs. verflüssigt.

• Nutzung: Das gereinigte CO₂ dient dann aus Ausgangsmaterial für die Herstellung neuer Produkte. Im Wesentlichen liefert es Kohlenstoff und ersetzt dadurch fossile Kohlenstoffquellen wie Erdgas, Erdöl oder Kohle. Es kann in Kraftstoffe, Kunststoffe, Baustoffe oder Chemikalien umgewandelt und gebunden werden.

Welche Rolle spielt CCU für die Klimaneutralität? Wie schon erwähnt, kommt der CCU-Technologie eine große Bedeutung zu, wenn es darum geht, die Netto-CO₂-Emissionen zu reduzieren.

So trägt CCU zur Eindämmung des Kohlendioxid-Ausstoßes und somit zum langfristigen Klimaschutz bei:

• Verringerung unvermeidbarer CO₂-Emissionen: In Industriezweigen wie z. B. der Zement- und Stahlindustrie sind CO₂-Emissionen nur schwer bis gar nicht vermeidbar. Hier ermöglicht CCU, diese Mengen an Kohlendioxid deutlich zu reduzieren. Statt es in die Atmosphäre freizusetzen, wird der fossile CO₂-Ausstoß um bis zu 80 Prozent oder mehr gesenkt. 

• Reduzierung des Treibhauseffekts: Die CCU-Technologie kann dazu beitragen, bereits in der Atmosphäre vorhandenes Kohlendioxid zu reduzieren und zukünftige Emissionen zu vermeiden, und leistet somit einen signifikanten Beitrag zur Minderung des Treibhauseffekts und bei der Umsetzung des nationalen Energie- und Klimaplans.

• Nutzung von CO₂ als Rohstoff: Das abgeschiedene Kohlendioxid kann als Ausgangsstoff für die Herstellung von Chemikalien, Kunststoffen oder Kraftstoffen genutzt werden. Diese CO2-Nutzung trägt zu einer Kreislaufwirtschaft bei, in der Kohlenstoff immer wieder verwendet wird, anstatt neu freigesetzt zu werden. Somit wird durch CCU der „CO₂-Fußabdruck“ dieser Produkte gesenkt.

• Langfristige CO₂-Bindung: Die Einbindung von CO₂ in Baustoffe wie z. B. im karbonatisierten Beton führt zu einer dauerhaften Speicherung des Treibhausgases. Dies trägt zur nachhaltigen Netto-Reduktion der atmosphärischen CO₂-Konzentration bei.

Anwendungsfelder der CCU-Technologie
Carbon Capture and Utilization ist besonders in Industriezweigen von Bedeutung, in denen CO₂-Emissionen prozessbedingt entstehen und daher schwer bis gar nicht vermeidbar sind.

Vor allem in den folgenden Bereichen spielt CCU eine tragende Rolle:

• Zementindustrie
Bei der Herstellung von Zement wird Kohlendioxid sowohl durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe als auch durch die Kalzinierung von Kalkstein freigesetzt. Das durch CCU abgeschiedene CO₂ kann z. B. zur Produktion von Baustoffen wie karbonatisiertem Beton oder zur Herstellung von diversen Chemikalien genutzt werden.

• Stahlindustrie
Der CO₂-Ausstoß in der Stahlindustrie ist ebenfalls sehr hoch – insbesondere im Hochofenprozess durch die Reduktion von Eisenerz mit Kohlenstoff. Das CO₂, das durch die Carbon-Capture-and-Utilization-Technologie eingefangen wird, kann zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen, Chemikalien und Kunststoffen verwendet werden.

• Chemische Industrie
Bei der Produktion von Chemikalien wie Ammoniak und Ethylenoxid fallen schwer vermeidbare CO₂-Emissionen an. Das durch CCU abgeschiedene Kohlendioxid kann z. B. als Rohstoff für die Synthese von Methanol, Harnstoff und verschiedenen organischen Säuren dienen, die u. a. in Düngemitteln, Kunststoffen und Pharmazeutika verwendet werden.

• Abfallverbrennungsanlagen
Die thermische Verwertung von Abfällen führt ebenfalls zu CO₂-Ausstoß, der nur schwer zu vermeiden ist. Das abgeschiedene Kohlendioxid kann allerdings für die Produktion von synthetischen Kraftstoffen für die Luftfahrtindustrie oder Chemikalien genutzt werden.

Herausforderungen von CCU
Der Einsatz von CCU bietet zwar vielversprechende Möglichkeiten zur Reduzierung der CO₂-Emissionen und Wiederverwertung in einer Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft, dennoch gibt es Herausforderungen, die der breiten Anwendung von Carbon Capture and Utilization noch im Wege stehen könnten:

• Hoher Energiebedarf: Die Abscheidung und Aufbereitung, sowie die Weiterverarbeitung von Kohlendioxid sind energie­intensiv. Insbesondere bei niedrigen CO₂- Konzentrationen in den zu reinigenden Prozessgasen erhöht sich der Prozessaufwand und damit auch der benötigte Energiebedarf.

• Kosten: Bei der CO₂-Abtrennung handelt es sich um einen zusätzlichen Prozessschritt in der Rauchgasreinigung. Zur Implementierung muss hier, je nach Rauchgaszusammensetzung, insbesondere dessen CO₂-Konzentration, zusätzliche Verfahrenstechnik installiert werden, was mitunter mit hohen Investitions- und Betriebskosten einhergeht.

• CO₂-Preisentwicklung und Fördermaßnahmen: Aufgrund des erheblichen Mehraufwands und der Zusatzkosten für die CO₂-Abscheidung, die CO₂-Aufbereitung sowie dessen Weiterverarbeitung zu neuen Produkten wird die Einführung dieser Technologie sehr stark von der Entwicklung des CO₂-Preises (= Euro pro ausgestoßener Tonne CO₂ ) und der für diese Technologie bereitgestellten Fördermaßnahmen auf nationaler und europäischer Ebene abhängen. Die Annäherung des stetig steigenden CO₂-Preises an die Investitionskosten pro Tonne CO₂ und eine stetig zunehmende Nachfrage nach nachhaltigen und klimaneutral hergestellten Produkten wird die Einführung der CCU-Technologie vorantreiben.

Fazit
Auf dem ambitionierten Weg zur Klimaneutralität 2040 ist u. a. die Anwendung von Carbon Capture and Utilization (CCU) eine Möglichkeit den CO₂-Ausstoß nachhaltig zu senken. Insbesondere in Industriezweigen mit schwer- oder unvermeidbaren CO₂-Emissionen wie z. B. in der Zement- und Kalkindustrie oder in der Eisen- und Stahlgewinnung, bietet Carbon Capture, also die technische Abscheidung von CO₂ aus den Prozessabgasen, einen vielversprechenden Lösungsansatz für deren Dekabonatisierung. Bei Carbon Capture and Utilisation wird abgeschiedenes CO₂ als Kohlenstoffquelle wiederverwertet und hilft so den Bedarf an fossilem Kohlenstoff aus Erdgas, Erdöl oder Kohle zu verringern.

Zudem besteht die Möglichkeit, CO₂ in langlebigen Produkten dauerhaft zu binden und so der Atmosphäre zu entziehen. Kurz gesagt, durch den Einsatz von CCU wird CO₂ von einem klimaschädlichen Abfallprodukt in einen wertvollen Rohstoff verwandelt. Dies trägt nicht nur zur Verringerung des Treibhauseffekts bei, sondern führt auch zu einer Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft und fördert somit die Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und Kohlenstoffquellen. Trotz noch bestehender Herausforderungen, die es zu überwinden gilt, birgt CCU ein beträchtliches Potenzial für den Klimaschutz und für das Erreichen von Klimaneutralität.  (red.)

www.messer.at

DER AUTOR
Dr. Stefan Ebener verfügt über langjährige Erfahrung in der Abgas- und Umwelttechnik. Bei ZeCarb – Messer’s Marke für CCU – widmet er sich der Entwicklung und dem Aufbau von ganzheitlichen Wertschöpfungsketten mit dem Ziel, den CO₂-Ausstoß insbesondere in den „Hard-to-Abate“-Industrie­sektoren nachhaltig zu reduzieren. Dabei richtet sich seine Aufmerksamkeit auf die Entwicklung und Pflege von strategischen Partnerschaften mit Organisationen, insbesondere in den Bereichen CO₂-Transport, CO₂-Speicherung und CO₂-Utilization.

https://zecarb.messergroup.com/