CO2-Kreislaufwirtschaft:Kraftwerk auf grüner Wiese mit Solaranlagen und Windrädern im Hintergrund.
©rcfotostock – stock.adobe.com

CO2-Kreislaufwirtschaft

Bisher gilt CO2 hauptsächlich als Abfallprodukt. Das Molekül kann aber auch unter Zuführung von Energie aus erneuerbaren Quellen als Rohstoff für Chemikalien, Kunst- und Kraftstoffe verwendet werden und damit die Nachfrage nach fossilen Kohlenstoffquellen im Wirtschaftskreislauf reduzieren. Dafür werden wirtschaftliche Verfahren benötigt, mit denen das CO2 aus Abgasen abgetrennt und als neues Ausgangsprodukt genutzt werden kann. Dadurch könnten die Emissionen vieler Industriezweige reduziert werden.

Bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern verbindet sich der enthaltene Kohlenstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft. Dabei entsteht neben der gewünschten Energie auch Kohlenstoffdioxid (CO2). Dabei werden endliche Ressourcen verknappt und der Treibhauseffekt in der Atmosphäre weiter beschleunigt. CO2 wird jedoch nicht nur bei der Verbrennung freigesetzt.

Industrieprozesse und fossile Kraftwerke weltweit nachrüsten

Ganz grundlegende Industrien hängen von Kohlenstoff ab: Bei der  Produktion von Eisen aus Eisenerz etwa liefert Koks den Kohlenstoff, um die im Erz enthaltenen Eisenoxide zu reduzieren. Eisenoxid wird dabei zu Eisen, indem es seinen Sauerstoff an den Kohlenstoff abgibt – als Abfallstoff entsteht unter anderem Kohlenstoffdioxid.

Darüber hinaus wird zusätzlich Luftsauerstoff in den Hochofen eingeblasen, der bei der Reaktion mit Koks hohe Temperaturen erzeugt. Auch dadurch entsteht Kohlenstoffdioxid. Wird aus dem Roheisen im Anschluss Stahl erzeugt, reagiert ebenfalls Sauerstoff mit Kohlenstoff. Auch beim Herstellen von Zement wird CO2 freigesetzt: 

CO2-Kreislaufwirtschaft:Zementanlage
©Enrique del Barrio - stock.adobe.com
Die Herstellung von Zement setzt gewaltige Mengen CO2 frei.

Zement entsteht, indem Kalkstein, Ton und Kalkmergel – das sogenannte Rohmehl – gebrannt und im Anschluss gekühlt und gemahlen werden. Im Brennprozess wird Kalkstein zu Branntkalk umgewandelt, wobei das chemisch gebundene CO2 in großen Mengen freigesetzt wird.

Branntkalk ist auch ein wichtiger Stoff bei der Herstellung verschiedenster Produkte wie zum Beispiel Zahncreme oder Zucker.

Auch verschiedene Raffinerieprozesse, erhebliche Bereiche der chemischen Industrie sowie die Produktion zahlreicher Mineralstoffe basieren auf Kohlenstoff. CO2 ist in Verbindung mit erneuerbarer Energie als Rohstoff nutzbar – vor allem auch als Kohlenstoffquelle in einer Welt, die weitgehend von den fossilen Kohlenstoffquellen Kohle, Erdöl und Erdgas befreit sein soll. Entsprechende Kraftwerks- und Industrieprozesse können diesen Rohstoff zukünftig liefern.

Forschung zu CO2-Technologien

Im Bereich der CO2-Technologien sind Forschungsprojekte gefragt, die sich damit befassen, wie dieser Stoff abgetrennt, gereinigt, bei Bedarf transportiert beziehungsweise gespeichert und dann entweder direkt genutzt oder durch weitere Prozesse umgewandelt werden kann. CCUS, kurz für „Carbon Capture, Utilization and Storage“, ist die geläufige Bezeichnung für die dabei entwickelten Technologien und Prozesse.  Perspektivisch wird der Bedarf an CCUS weltweit steigen. Die bestehenden Verfahren müssen weiterentwickelt, skaliert und wirtschaftlich gestaltet werden.

Die CO2-Kreislaufwirtschaft ist als ein Teil der Lösung zu sehen. Hiermit können Emissionen reduziert werden, die nicht vermeidbar sind. Auch eignet sich das Abtrennen für bestehende Anlagen mit hoher Lebensdauer, die entsprechend nachgerüstet werden können. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur stammt rund ein Viertel der weltweiten CO2-Emissionen aus industriellen Anwendungen.
Um Verbrennungsprozesse energetisch zu optimieren und die Abgase möglichst CO2-frei zu halten, gibt es aktuell drei hauptsächlich genutzte Verfahren.

Hier wird das CO2 nach dem eigentlichen Verbrennungsprozess aus dem Rauchgas abgetrennt. Oft wird das Kohlendioxid in flüssigem Lösungsmittel gebunden, auch „waschen“ genannt. Daneben gibt es noch die Möglichkeit, das Gas in trockenes Carbonat zu binden oder Membranen zum Herausfiltern zu nutzen.

Hier werden kohlenstoffhaltige Brennstoffe mit reinem Sauerstoff statt normaler Atemluft verbrannt. Da im Stoffstrom etwa vier Fünftel Stickstoff wegfallen, entfallen die Energieverluste für dessen Aufheizung. Die hohe CO2-Konzentration von fast 90 Prozent im Rauchgas unterstützt die wirtschaftliche und energieeffiziente Abtrennung.

Hier wird das CO2 bereits vor dem Verbrennungsprozess von der Kohle abgetrennt. Dazu wird die Kohle zunächst in ein Gasgemisch umgewandelt, das aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Gibt man Wasserdampf dazu, entsteht CO2, das abgetrennt werden kann. Verbrannt wird dann nur noch der übrigbleibende Wasserstoff. Das Verfahren eignet sich nur für spezielle Kraftwerks- oder Industrieprozesse mit integrierter Vergasung.

Abgetrenntes Gas in Schaumstoff, Kunststoff oder Algen binden

Das abgetrennte CO2 kann im Wirtschaftskreislauf verwendet werden. So wird es zum Beispiel bereits kommerziell eingesetzt, um Schaumstoff oder Kunststoff herzustellen. Auch Biomasse bietet sich an, um CO2 aufzunehmen. Mikroalgen etwa werden für die Lebensmittelindustrie oder die Produktion von Kosmetik, Chemikalien oder Kraftstoffen genutzt.

CO2 als Quelle für synthetische Kraftstoffe

Flüssige Kraft- und Brennstoffe sind weitere mögliche Produkte aus CO2 und Energie. Um im Vergleich zu erdölbasiertem Benzin oder Diesel mit diesen synthetischen Brennstoffen CO2 einzusparen, muss die energieintensive Herstellung jedoch durch erneuerbare Energien sichergestellt werden. Da der Gesamtprozess bewertet werden muss, sind Demonstrationsprojekte sinnvoll, die vom Abtrennen des CO2 bis hin zur Verwendung dieses neuen Rohstoffs reichen.

Newsletter

Nichts mehr verpassen

©nightman1965/iStock/thinkstock
Symbolbild 7. Energieforschungsprogramm - Ausschnitt von Europa auf blauer Weltkugel mit Ländern, die wir Sterne leuchten.
©imaginima/iStock

Energieforschung.de

Hier finden Sie aktuelle Infos zur Energieforschungspolitik und zur Projektförderung des BMWi im 7. Energieforschungsprogramm.

mehr
Mehr Informationen zu Förderprojekten, Energie-​ und Effizienztechnologien sowie förderpolitischen Leitlinien bietet das Informationssystem EnArgus.
Unsere Website verwendet Cookies und die Analytics Software Matomo. Mehr Information OK