Kohlenstoffdioxid (CO₂) trägt maßgeblich zum Klimawandel bei und sollte daher möglichst gar nicht entstehen. Doch das ist in der industriellen Produktion gar nicht so einfach: Für viele Produkte werden kohlenstoffhaltige Rohstoffe benötigt – deren Einsatz führt oft unvermeidbar zur Entstehung von CO₂. Doch es gibt Lösungen für diese komplexen Problemstellungen.
Den CO2-Anteil in der Atmosphäre zu reduzieren, ist eine der größten Herausforderungen heutiger Generationen – und Nettotreibhausgasneutralität bis 2045 das erklärte Ziel Deutschlands. Um dieses zu erreichen, sind immense Anstrengungen und clevere Lösungen nötig – besonders für die nordrhein-westfälische Industrie. Denn sie braucht Kohlenstoff nicht nur als Brennstoff zur Wärmeerzeugung, sondern auch als Rohstoff – zum Beispiel für die Kunststoffproduktion – oder als Hilfsstoff etwa bei der Stahlherstellung. Noch verwendet sie dazu vor allem fossile Quellen wie Erdöl, Kohle oder Erdgas.
Ein wirksames Carbon Management besteht aus mehreren Handlungsebenen
1. Dekarbonisierung: Klimaneutrale Brennstoffe und neue Industrieprozesse
Oberstes Ziel der Carbon-Management-Hierarchie ist, möglichst ganz auf Kohlenstoff zu verzichten. Konkret bedeutet das: Wo immer es möglich ist, sollten kohlenstoffhaltige Brennstoffe wie Erdöl, Kohle oder Erdgas als Energieträger in Industrieprozessen durch klimafreundliche Alternativen wie grünen Wasserstoff oder Strom aus Erneuerbaren Energien ersetzt werden. Und auch in Industrieprozessen, in denen Kohlenstoff bislang als Hilfsstoff unersetzlich ist – zum Beispiel in der Aluminiumproduktion –, können neue Verfahren entwickelt werden, die gänzlich ohne Kohlenstoff auskommen.
2. Defossilisierung: Nachhaltige Kohlenstoffquellen als Alternative zu fossilen Ressourcen
In einigen Industriebereichen ist der Kohlenstoff aus fossilen Rohstoffen mehr als nur Wärmelieferant: Als Basis aller chemischen Grundprodukte steckt er beispielsweise in Kunststoff, Farbe, Kosmetik oder Waschmittel und stammt heute noch zu großen Teilen aus fossilem Erdgas oder Erdöl. Doch auch hier muss er nicht zwangsläufig aus fossilen Energieträgern stammen. Als nachhaltige Quellen bieten sich Biomasse, Recyclingmaterial oder CO2 aus anderen Industrieprozessen an.
Im Gegensatz zu fossilen Quellen setzt Biomassenur so viel CO₂ frei, wie die Pflanzen zuvor beim Wachstum aufgenommen haben – Voraussetzung ist Nachhaltigkeit bei Anbau und Nutzung sowie ein klimaneutraler Transport. Das bedeutet konkret: kurze Transportwege, Schutz der Biodiversität und keine Konkurrenz zu Nahrungsmittelanbau oder Aufforstung, durch die das CO2 langfristiger gebunden werden kann.
So sinnvoll Biomasse auch ist: Sie ist nur begrenzt verfügbar und muss daher gezielt und sparsam eingesetzt werden. Dennoch spielt sie eine zentrale Rolle für klimaneutrale Industrieprozesse – etwa als Rohstoff in der Chemieindustrie oder in Form von Abfallstoffen zur Prozesswärmeerzeugung in der Zementherstellung. Mehr dazu finden Sie in unserer Publikation zum nachhaltigen Einsatz von Biomasse.
Auch Reststoffe lassen sich als Rohstoff in Industrieprozessen nutzen. Im Sinne der Circular Economy (Kreislaufwirtschaft) werden Materialien und Abfälle nach ihrer Nutzung zurück in den Kreislauf geführt, um sie möglichst lange weiterzuverwenden oder zu recyceln. Auch Kohlenstoff ist in vielen Abfällen enthalten – zum Beispiel in Kunststoffen. Er kann mit Hilfe von mechanischen und chemischen Recyclingverfahren für neue Produkte genutzt werden.
Kohlenstoff kann mit Hilfe von Carbon Capture and Utilization (CCU) für neue Produkte genutzt werden. Das schont Ressourcen und senkt die Treibhausgasemissionen.
In der chemischen Industrieproduktion kann abgefangenes CO₂ fossile Kohlenstoffträger wie Erdöl ersetzen. Die Umwandlung in nutzbare Produkte erfordert jedoch viel Energie – idealerweise aus erneuerbaren Quellen. Da diese noch nicht flächendeckend zur Verfügung steht, kommen CO₂-basierte Technologien bislang meist nur im Pilotmaßstab zum Einsatz.
3. CO₂-Management: Abgeschiedenes Kohlenstoffdioxid weiter nutzen oder speichern
Dort, wo sich CO₂ in der Produktion auch in Zukunft nicht vollständig vermeiden lässt – wie bei der Zementherstellung –, darf es nicht in die Atmosphäre gelangen. Konkret bedeutet das: Um Klimaneutralität zu erreichen, ist eine Abscheidung und Speicherung (CCS) der fossilen CO2-Mengen erforderlich. In Einzelfällen kann auch die Nutzung von fossilem CO2 sinnvoll sein, wenn es zu keiner Emission während der Nutzung des Produktes oder am Ende der Lebensdauer des Produktes kommt. Dafür braucht es neue Infrastrukturen.
Verschiedene Abscheideverfahren sind auf dem Markt bereits verfügbar, müssen aber noch auf die spezifischen Anwendungsfälle übertragen, skaliert und optimiert werden. Die Auswahl eines Abscheideverfahrens muss prozess- und standortspezifisch erfolgen, wobei die spezifischen Ein- und Ausgangsströme wie beispielsweise der Energiebedarf der einzelnen Technologien integrativ zu beachten sind.
Die CO₂-Abscheidung an Punktquellen ist nur dann sinnvoll, wenn es danach auch direkt zur Speicherung oder Weiterverwertung transportiert werden kann. Der Transport erfolgt – je nach Menge – per Pipeline, Schiff, Bahn oder Lkw. Pipelines eignen sich besonders für industrielle Großquellen wie Zement- oder Kalkwerke, da dort kontinuierlich große Mengen anfallen. So kann das CO₂ entweder in Lagerstätten gespeichert (Carbon Capture and Storage (CCS)) oder zur Weiterverwendung weitergeleitet werden (Carbon Capture and Utilization (CCU)). Wenn Ihr Unternehmen auf eine Infrastruktur für CO2 angewiesen ist, ist bereits jetzt eine Kontaktaufnahme mit potenziellen Transportanbietern sinnvoll, da diese ihre Infrastrukturkonzepte bereits erstellen.
CO₂ wird in der Industrie bereits genutzt, beispielsweise für die Bildung von Kohlensäure in Getränken oder als Kühlmittel. Dort bleibt es jedoch oft nur kurzfristig gebunden und ist damit wenig klimafreundlich. Entscheidend ist bei der Nutzung, dass es in der Technosphäre bleibt und nicht als zusätzliches (= fossiles) CO₂ in die Atmosphäre gelangt. Klimaneutral ist CO₂-Nutzung nämlich nur dann, wenn atmosphärisches oder biogenes CO2 genutzt wird, etwa in Beton. Die Chancen sind jedoch enorm: In der Chemie beispielsweise kann biogenes CO₂ fossiles Erdöl oder Erdgas in vielen Anwendungen ersetzen und so den Kohlenstoffkreislauf schließen.
Im Gegensatz zur CO₂-Nutzung (CCU) wird bei der CO₂-Speicherung (CCS) Kohlenstoff dauerhaft dem Kreislauf entzogen. Dies ist erforderlich, wenn fossiles CO2 im Rahmen einer Nutzung nicht dauerhaft gebunden und im Kreislauf geführt werden kann. Da die unvermeidbaren fossilen CO2-Mengen die Nutzungsmöglichkeiten mit permanenter Bindung um ein Vielfaches übersteigen, ist die Speicherung der nicht klimaneutral nutzbaren Anteile unverzichtbar. Internationale Projekte arbeiten bereits daran, CCS als Dienstleistung bereitzustellen – mit dem Ziel, CO₂ langfristig sicher geologisch zu speichern.
Aufgrund der räumlichen Nähe bietet die Nordsee günstige Bedingungen für eine dauerhafte CO₂-Speicherung– etwa in ehemaligen Erdgasfeldern oder salzwasserführenden Gesteinsschichten. Die Speicherpotenziale in der Nordsee und der norwegischen See liegen laut Acatech (2018) bei 203 Gigatonnen CO₂.
CO₂ entsteht teilweise konzentriert an sogenannten Punktquellen wie Kalkwerken, teilweise verteilt es sich aber auch diffus in der Luft, heute und auch in Zukunft – etwa in der Landwirtschaft oder Luftfahrt. Dort, wo Emissionen in die Atmosphäre nicht vermeidbar sind, muss eine entsprechende Menge CO₂ an anderer Stelle entzogen werden, um Klimaneutralität zu erreichen. Carbon Dioxide Removal (CDR) ist eine Chance für Industrieunternehmen in Nordrhein-Westfalen. Das Beste daran: Emissionsreduktion und technische CO2-Senken gehen hier Hand in Hand. Dafür gibt es zwei wesentliche Ansätze, die perspektivisch neue Geschäftsmodelle (CDR as a Service) ermöglichen:
BioCCS-Prozesse (biogenes Carbon Capture and Storage) bieten ein relevantes Potenzial für industrielle Negativemissionen in NRW. In Anwendungen, in denen biogene Reststoffe energetisch verwertet werden (u.a. Biogasaufbereitung, Papier-, Zucker- oder Alkoholherstellung), insbesondere in Synergie mit Prozessen, in denen unvermeidbar CO₂ entsteht (u.a. Zement-, Kalk-, Chemieindustrie sowie Abfallverwertung) kann BioCCS einen Beitrag zur Treibhausgasneutralität leisten.
DACCS (Direct-Air-Carbon-Capture-and Storage): Bei diesem Verfahren wird das CO₂ direkt aus der Luft abgeschieden und der gewonnene Kohlenstoff anschließend gespeichert – allerdings ein sehr energieintensives Verfahren. Effizienter ist es, CO₂ dort zu vermeiden oder abzuscheiden, wo es konzentriert anfällt. Für den Anlagenbau in Nordrhein-Westfalen bietet Direct Air Capture (DAC) als schnell wachsender Exportmarkt der Zukunft großes Wertschöpfungspotenzial. Die Anwendung von DAC dürfte allerdings in NRW eher begrenzt bleiben. Zum einen wird die zusätzlich dafür notwendige Erneuerbare Energie in den kommenden Jahrzehnten im Rahmen der Transformation zur Treibhausgasneutralität dringend an anderen Stellen gebraucht. Zum anderen gibt es weltweit zahlreiche Standorte, die günstigere Bedingungen vorweisen und sich daher besser für DAC eignen.
So weist NRW den Weg in eine kohlenstofffreie Industrie
Das Carbon Management in einem Industrieland neu aufzustellen, ist ein gewaltiger Kraftakt – den NRW seit Jahren entschlossen angeht. In seiner Carbon Management Strategie hat das Land zentrale Maßnahmen definiert, mit denen Unternehmen einerseits die Kohlenstoffintensität reduzieren und andererseits Kohlenstoff nachhaltig nutzen können.
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