Die fossilfreie Chemiefabrik: Von elektrischen Crackern und grünen Olefinen

Kunststoffe und viele andere Produkte basieren auf Öl. Andere Technologien existieren nur in Ansätzen - und brauchen extrem viel Strom.

Artikel von Hanno Böck veröffentlicht am 19. April 2022, 12:02 Uhr

Steamcracker wie dieser bei BASF in Ludwigshafen nutzen bisher fossiles Öl und Gas als Rohstoffe und zur Beheizung ihrer Öfen. (Bild: BASF SE)

Die chemische Industrie ist, noch mehr als andere Industriebranchen, von Öl und Gas abhängig. Das wird in der aktuellen Diskussion angesichts des Ukrainekrieges besonders deutlich, doch es ist auch langfristig auf dem Weg zur Klimaneutralität eine Herausforderung. Denn die Chemieunternehmen nutzen Öl und Gas nicht nur als Energieträger.

Öl ist die Grundlage für die Produktion vieler Alltagschemikalien, in denen Kohlenstoff steckt. Auch dieser im Produkt enthaltene Kohlenstoff muss für die Klimabilanz berücksichtigt werden. Die Technologien, die die Branche von den fossilen Rohstoffen wegführen könnten, stehen noch ganz am Anfang.

Die chemische Industrie in Deutschland ist jährlich für etwa 100 Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen verantwortlich. Das ist etwa ein Siebtel der Emissionen Deutschlands.

Eine zentrale Rolle spielen dabei Steamcracker. Sie gehören zu den größten und aufwendigsten Anlagen der chemischen Industrie. In den Crackern wird Naphtha, das in Ölraffinerien produziert wird, zusammen mit Wasserdampf stark erhitzt. Es zerfällt dabei in kürzere Moleküle, die verschiedene Gase bilden.

Die wichtigsten Produkte der Cracker sind die Olefine Ethen und Propen, welche Grundstoffe bei der Produktion von Kunststoffen sind. Auch produzieren Steamcracker Aromaten, die beispielsweise für die Produktion von Lösungsmittel eingesetzt werden.

Die Olefin- und Aromatenproduktion in den Crackern führt auf verschiedene Weise zu Treibhausgasemissionen. Der Prozess ist aufgrund der hohen Temperaturen energieintensiv. Die Öfen der Steamcracker werden üblicherweise mit fossilem Erdgas betrieben. Zudem benötigt die Industrie Strom, der häufig aus Kohle- oder Gaskraftwerken stammt.

Im Produkt enthaltener Kohlenstoff muss berücksichtigt werden

Neben den direkten Energieemissionen entstehen bei der chemischen Industrie indirekt Emissionen an ganz anderer Stelle: Die Produkte, die am Ende hergestellt werden, enthalten Kohlenstoff, der letztendlich aus fossilen Quellen stammt. An ihrem Lebensende landen die Produkte meist, wenn sie nicht recycelt werden, in Müllverbrennungsanlagen. Der Kohlenstoff in den Produkten wird zu Kohlendioxid, das in die Atmosphäre gelangt.

Eine weitere Option ist die Entsorgung auf Mülldeponien, doch dabei entstehen Emissionen, die teilweise noch problematischer sind: Die Deponieabfälle bilden Methan, ein starkes Treibhausgas. Die Deponierung von Abfällen ist in Deutschland zudem nicht mehr zulässig.

Für eine klimaneutrale Umstellung der Chemikalienproduktion braucht es einen Blick auf alle Emissionen: die direkten und indirekten Emissionen bei der Herstellung sowie jene, die durch den in Produkten gebundenen Kohlenstoff entstehen.

Der Verband der Chemischen Industrie (VCI) hat im Jahr 2019 eine Roadmap vorgelegt, in der Wege hin zu einer klimaneutralen Industrie beschrieben werden. In den Betrachtungen erkennt der Verband diese Emissionen am Lebensende der Produkte ausdrücklich an - und benennt, was das bedeutet: "Dadurch steigt der Anteil der Emissionen, die der Chemie zugerechnet werden, sehr deutlich."

Erneuerbare Energien und nichtfossile Rohstoffe

Um die chemische Industrie klimaneutral umzubauen, benötigt es demnach nicht nur erneuerbare Energien, auch die Rohstoffbasis muss auf nichtfossile Quellen umgestellt werden. Dafür kommen verschiedene Technologien infrage, die als Power-to-X zusammengefasst werden: Mit Hilfe von Ökostrom können Kohlenwasserstoffe erzeugt werden, als Ausgangsmaterial dienen Kohlendioxid und Wasserstoff.

Bei Power-to-X gibt es jedoch zwei grundverschiedene Wege, die die chemische Industrie gehen könnte. Dabei stellt sich die Frage, ob weiterhin Steamcracker zum Einsatz kommen oder ein völlig anderer Weg genutzt wird.