Industrie: Wie die Glasindustrie vom Erdgas abhängt
Diskussionen über einen möglichen Lieferstopp für russisches Erdgas sorgten zuletzt in vielen Industriebranchen für Aufregung. Eine Branche, die in besonderem Maße von zuverlässigen Gaslieferungen abhängig ist, ist dabei die Glasindustrie.
Die Wannen, in denen die Glasrohstoffe eingeschmolzen werden, werden üblicherweise über Zeiträume von 10 bis 15 Jahren am Stück betrieben. Ein Abschalten zwischendurch ist nicht vorgesehen – das geschmolzene Glas würde erhärten und die Anlage müsste fast komplett neu aufgebaut werden.
Die Mehrzahl der Glasschmelzen nutzt dabei heute fossiles Erdgas, teilweise mit elektrischen Zusatzheizungen. In einigen alten Anlagen wird noch mit Öl geheizt, nur wenige kleine Anlagen laufen rein elektrisch.
Selbst Neuanlagen werden noch überwiegend auf fossile Energien ausgelegt. So hat etwa die Firma Wiegand-Glas noch im März diesen Jahres in Thüringen eine neue Glaswanne mit Erdgasbefeuerung in Betrieb genommen(öffnet im neuen Fenster).
Noch heute gehen rein fossile Glaswannen in Betrieb
"Die Schmelzwanne wurde im Jahr 2018 geplant", begründet eine Sprecherin von Wiegand-Glas auf Anfrage diese Entscheidung. "Damals war die Zielstellung unserer Bundesregierung, bis zum Jahr 2030 40 Prozent CO₂-Einsparungen zu erzielen. Dies war mit der von uns eingesetzten hochmodernen Schmelztechnologie möglich. Während des Aufbaus der Anlage haben sich dann die Zielstellungen unserer Regierung geändert. Zu diesem Zeitpunkt war es für uns bereits zu spät, um umzusteuern."
Noch unter der alten Bundesregierung wurde im vergangenen Jahr beschlossen, dass Deutschland bis zum Jahr 2045 klimaneutral werden soll. Für eine Branche wie die Glasindustrie, die bislang überwiegend fossile Energien nutzt und deren Anlagen über lange Zeiträume laufen, drängt die Zeit daher.
Wasserstoff oder Strom
Prinzipiell wäre es möglich, statt Erdgas grünen Wasserstoff zu nutzen, um die Glaswannen zu beheizen. Das würde zwar einige Anpassungen der Prozesse erfordern, da Wasserstoff andere Brenneigenschaften hat, es wäre aber wohl technisch machbar. Die Firma Nippon Sheet Glass hat kürzlich in einem Versuch an einem britischen Standort Glas mithilfe von Wasserstoff produziert(öffnet im neuen Fenster). Der Wasserstoff wurde dafür allerdings aufwendig mit Tanklastern angeliefert.
Für einen dauerhaften Einsatz müssten entsprechende Industriebetriebe an Wasserstoff-Netze angeschlossen werden, die es bislang noch nicht gibt. Zudem ist die Nutzung von Wasserstoff vergleichsweise ineffizient. Effizienter wäre es, die Wannen direkt elektrisch zu beheizen. Damit das klimaneutral wird, müsste der Strom natürlich aus sauberen Quellen stammen.
Schon heute gibt es Glasschmelzen, die mit Strom betrieben werden. Doch elektrische Glasschmelzen werden bisher nur für vergleichsweise kleine Glaswannen für Spezialanwendungen eingesetzt.
Die erste große elektrische Glaswanne endete als Desaster
Bereits 2008 versuchte eine Glasfirma in den USA, eine große elektrische Glaswanne in Betrieb zu nehmen(öffnet im neuen Fenster). Schon damals war das Ziel, die Produktion klimafreundlicher zu betreiben. Mit Strom aus Wasserkraft wollte die Firma Cameron Glass eine große Produktionsanlage für Weinflaschen in Kalama im US-Bundesstaat Washington betreiben.
Doch das Projekt endete als Desaster. Nach kurzer Zeit kam es zu einem Leck, bei dem heißes, flüssiges Glas austrat. Die Anlage wurde daraufhin stillgelegt und Cameron Glass musste Konkurs anmelden.
"Ein Trauma für unsere Industrie"
"Das war ein echtes Trauma für unsere Industrie und hat die weitere Entwicklung von elektrischen Schmelzöfen abgebremst", sagte Fabrice Rivet vom Europäischen Behälterglasverband (FEVE) im Gespräch mit Golem.de.
Der Bundesverband Glas, der in Deutschland die Branche vertritt, geht davon aus, dass eine vollständige Umstellung auf rein elektrische Glasschmelzen nicht möglich sein wird. "Für Glasprodukte mit sehr hohen Qualitätsanforderungen braucht man eine Glasschmelze mit einer heißen Oberfläche", erklärte Christiane Nelles vom Bundesverband Glasindustrie gegenüber Golem.de.
"Eine rein elektrisch widerstandsbeheizte Glasschmelzwanne hat ein sogenanntes 'cold top', eine kalte Oberfläche. Deswegen können Produkte mit hoher Anforderung an innere Qualität nicht über rein elektrische Schmelze hergestellt werden. Außerdem werden bei hohen elektrischen Leistungen die Stromdichten an den Elektroden sehr hoch, dies kann auf die physikalische und physiko-chemische Grenzen des Einsatzes von Strom stoßen. Folgen können Strömungsstörungen und Kurzschlüsse sein oder es kann zu lokalen Überhitzungen in der Glaswanne kommen." Letzteres ist genau das, was zur Fehlfunktion der Glaswanne von Cameron Glass geführt hat.
Die Hoffnung der Branche ist, auf hybride Glaswannen zu setzen, die überwiegend elektrisch und zu einem geringen Teil mit Gas beheizt werden. Langfristig könnte das fossile Gas durch grünen Wasserstoff ersetzt und somit die gesamte bereitgestellte Energie klimafreundlich produziert werden.
Hybridwannen: Eine Mischung aus Strom und Wasserstoff
Ein Szenario des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz(öffnet im neuen Fenster), an dem auch der Bundesverband Glasindustrie mitgewirkt hat, geht davon aus, dass eine zukünftige klimaneutrale Glasproduktion zu etwa 25 Prozent in rein elektrischen Glaswannen und zu 75 Prozent in Hybridwannen stattfindet. Die Hybridwannen würden letztendlich mit einer Mischung aus Strom und grünem Wasserstoff betrieben werden.
Die Hybridwanne soll also für die Zukunft der Branche eine wichtige Rolle spielen. Ein Konsortium europäischer Glasunternehmen plante ein Gemeinschaftsprojekt, das diese Technologie voranbringen sollte: Die Furnace for the Future, also die Glasschmelze der Zukunft(öffnet im neuen Fenster), sollte zu 80 Prozent elektrisch betrieben werden. Doch aus dem Projekt wurde nichts.
Die Glasschmelze der Zukunft scheiterte zunächst
Koordiniert vom Europäischen Behälterglasverband FEVE hatten 19 Glashersteller geplant, gemeinschaftlich eine solche Hybridglaswanne in industriellem Maßstab zu bauen und zu betreiben. Gebaut werden sollte die Glaswanne der Zukunft im niedersächsischen Obernkirchen an einem Standort der Firma Ardagh.
Ein Fünftel der Energie wäre dabei weiterhin aus Erdgas gekommen. "Wir wollten Schritt für Schritt vorgehen", erläuterte Fabrice Rivet von FEVE im Gespräch mit Golem.de. "Nachdem wir gezeigt hätten, dass wir mit 80 Prozent Strom Glas schmelzen können, wäre der nächste Schritt natürlich gewesen, das Erdgas durch Wasserstoff zu ersetzen."
Doch das gesamte Projekt wurde vor Kurzem abgesagt. "Die zusätzlichen Kosten dieses Projekts im Vergleich zu einer konventionellen Anlage waren im Bereich von 50 Millionen Euro über einen Zeitraum von zehn Jahren", so Fabrice Rivet. Vor allem die Stromkosten seien dabei entscheidend. Daher hatte FEVE auf eine Förderung durch die Europäische Kommission über den EU Innovation Fund gehofft.
Der EU Innovation Fund unterstützt industrielle Klimaschutzprojekte, bei denen neue Technologien etabliert werden sollen. Dafür hatten sich über 300 Projekte beworben, letztendlich erhielten nur sieben eine Förderung(öffnet im neuen Fenster). Die Glaswanne der Zukunft kam zwar in die engere Auswahl, erhielt aber letztendlich keinen Zuschlag.
Für den Behälterglasverband FEVE endete damit das Projekt. Bei der Firma Ardagh gibt es allerdings Pläne, die Hybridglaswanne trotzdem in Eigenregie zu bauen.
Auch der Bundesverband Glasindustrie betonte im Gespräch mit Golem.de, dass die Mehrkosten das Problem bei der Umstellung auf mögliche neue Technologien seien. Dort hofft man darauf, bald entsprechende Projekte in Deutschland über Klimaschutzverträge zu ermöglichen.
Klimaschutzverträge sollen Investitionen in neue Technologien ermöglichen
Mit diesen Klimaschutzverträgen, in der Fachwelt auch Carbon Contracts for Difference oder Differenzverträge genannt, sollen Industriebetrieben die Mehrkosten bei der Investition und beim Betrieb von neuartigen, weitgehend emissionsfreien Technologien ersetzt werden.
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz plant gerade ein entsprechendes Pilotprogramm, kürzlich konnten sich interessierte Unternehmen im Rahmen eines Interessenbekundungsverfahrens hierfür bereits melden(öffnet im neuen Fenster).
Dabei gab es für die Glasindustrie eine gute Nachricht: Ursprünglich hatte das Ministerium angekündigt(öffnet im neuen Fenster), im Rahmen der ersten Phase der Klimaschutzverträge nur die Stahl- und Chemieindustrie zu berücksichtigen. Doch in der jüngsten Ankündigung heißt es:
"[...] auch Pilotprojekte in anderen besonders energieintensiven Industrien sind möglich, wenn die Projekte hohe und kosteneffiziente Emissionsminderungen erbringen." Sprich: Auch für eine Branche wie die Glasindustrie sollen Klimaschutzverträge möglich sein. Der Bundesverband Glasindustrie sagte Golem.de, dass das Interesse der Branche an den neuen Klimaschutzverträgen sehr groß sei.
Nach dem Scheitern der Glaswanne der Zukunft könnte es also bald neue Anläufe geben, Glas künftig vermehrt mit Strom und Wasserstoff zu schmelzen. Doch neben der reinen Energieversorgung steht die Branche in Sachen Klimaneutralität noch vor einer anderen Herausforderung.
Soda und Kalk sorgen für schwer vermeidbare Prozessemissionen
Die Schmelzenergie auf Ökostrom oder Wasserstoff umzustellen, würde der Glasindustrie bereits einen Großteil ihrer Treibhausgasemissionen ersparen. Doch es gibt noch eine weitere Quelle von Kohlendioxid bei der Glasherstellung: den Einsatz von Karbonaten wie Soda und Kalk als Rohstoff.
Soda und Kalkstein werden bei der Herstellung von Glas hinzugefügt und während des Schmelzprozesses jeweils in Natriumoxid und Calciumoxid umgewandelt. Beide Ausgangschemikalien enthalten Kohlenstoff, der in dem Prozess in Form von Kohlenstoffdioxid entweicht.
Diese chemischen Emissionen werden auch als Prozessemissionen bezeichnet, sie sind für etwa ein Viertel der Emissionen der Glasschmelzöfen verantwortlich(öffnet im neuen Fenster). Bislang gibt es keine Konzepte, um diese Emissionen völlig zu verhindern.
Theoretisch wäre es möglich, die Prozessemissionen mittels CCS-Technologie (Carbon Capture and Storage) zu reduzieren, sprich das Kohlendioxid abzufangen und dauerhaft unterirdisch zu lagern. In anderen Branchen mit ähnlichen Prozessemissionen – am größten ist das Problem in der Zementindustrie – gilt das als Option.
Mehr Glasscherben als Rohstoff
Doch Fabrice Rivet vom Glasindustrieverband FEVE ist skeptisch – CCS sei für die vergleichsweise geringen Mengen an Kohlendioxid, das durch die Prozessemissionen entsteht, zu teuer. "Der vielversprechendste Weg ist die Erhöhung der Glasrecyclingrate", sagt Rivet.
Wenn Glasscherben als Ausgangsmaterial genutzt werden, entstehen diese Prozessemissionen nicht, da darin bereits Natriumoxid und Calciumoxid enthalten sind. Schon heute ist recyceltes Glas der wichtigste Rohstoff der Branche, doch gänzlich wird sich das Problem damit wohl nicht lösen lassen. Hundertprozentiges Recycling ist nicht realistisch, es wird daher immer einen gewissen Bedarf für neues Glas geben.
In einem Forschungsprojekt mit dem Namen ZeroCO2Glas(öffnet im neuen Fenster) soll neben der Verwendung von Wasserstoff als Energiequelle auch getestet werden, inwieweit man auf die kohlenstoffhaltigen Rohstoffe wie Soda oder Kalk verzichten kann. Geleitet wird das Projekt von Forschungsinstituten an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, beteiligt ist daran auch die erwähnte Firma Wiegand-Glas.
Weniger Soda erfordert schnellere Glasverarbeitung
"Wir werden schrittweise einige Rohstoffe reduzieren, um zu schauen, welchen Spielraum wir da überhaupt haben", erläuterte Winfried Willenborg von Wiegand-Glas die Pläne im Gespräch mit Golem.de. Das würde die chemische Zusammensetzung des Glases ändern, und damit gibt es bislang kaum Erfahrungen.
"Das Kritische ist die Soda. Wenn man Soda rausnimmt, hat das eine enorme Auswirkung auf die Formgebung", sagt Willenborg. Denn das Weglassen oder Reduzieren von Soda führt dazu, dass das Glas schneller erhärtet. "Das heißt, wir müssen dort wesentlich schneller sein."
Am Ende wird es wohl schwierig werden, die Kohlendioxid-Emissionen der Glasindustrie komplett zu vermeiden. In dem Fall müssten die Restemissionen langfristig ausgeglichen werden, beispielsweise durch Direct-Air-Capture-Technologien, die Kohlendioxid aus der Luft filtern.
Nachtrag vom 20. Juni 2022, 8:44 Uhr
Wir haben einen Hinweis hinzugefügt, dass es bei der Firma Ardagh Pläne gibt, die geplante Hybridglaswanne in Eigenregie zu bauen.
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