CO2 ist nicht nur ein Treibhausgas, sondern auch ein Rohstoff. Deshalb verarbeitet Thyssen-Krupp Hüttengas zu Chemierohstoffen. Die Technik eignet sich auch für andere Branchen.

Die Stahlproduktion ist eine ziemlich energieaufwendige und schmutzige Angelegenheit. Dabei entstehen zwangsläufig große Mengen klimaschädliches Kohlendioxid. Sogar in hocheffizienten Anlagen fallen bei der Erzeugung einer Tonne Rohstahl rund 1,7 Tonnen CO2 an. Die Stahlbranche gehört mit der Zement- und Chemieproduktion zu den Industrien mit dem größten Kohlendioxid-Ausstoß – entsprechend steht sie unter Beobachtung der Klimaschützer.

Aber viel weniger CO2 geht mit der herkömmlichen Technik nicht. „Wir sind in der Stahlproduktion an der Grenze des chemisch und physikalisch Möglichen angekommen“, sagt Reinhold Achatz, der Forschungs- und Technologiechef von Thyssen-Krupp. Deshalb versucht es der Konzern auf einem anderen Weg. In einem Pilotprojekt erprobt Thyssen-Krupp, das Klimagift als Rohstoff für die chemische Industrie zu verwerten.

Solche Wege spielen am Rande auch auf den Klimakonferenzen wie derzeit in Kattowitz ein Rolle. Denn ohne neue technische Verfahren zur Minderung der Emissionen und zur Anpassung an den Klimawandel werden die Ziele zur Minderung des Temperaturanstiegs nicht zu erreichen sein.

Die CO2-Bilanz drücken, wo es möglich ist

„Carbon2Chem“ heißt das Verfahren, das im Labor gut funktioniert und jetzt unter realen Bedingungen getestet wird. Im Herbst hat im Duisburger Stahlwerk eine Pilotanlage den Betrieb aufgenommen, die Hüttengase direkt aus der Produktion verarbeitet. Neben CO2 und Kohlenmonoxid enthält der Cocktail Stickstoff sowie Wasserstoff und Methan, die in der Kokerei anfallen. Bisher wird das Gemisch größtenteils zur Stromerzeugung verbrannt, wobei zusätzliches CO2 entsteht.

„Mit Carbon2Chem wollen wir es als Rohstofflager nutzen“, erläutert Achatz. Dabei wird das Hüttengas zu einem Synthesegas, aus dem sich Produkte wie Ammoniak, Methanol und auch Kunststoffe herstellen lassen. „Carbon Capture and Usage“ (CCU) nennt sich das Konzept: also gasförmige Kohlenstoffverbindungen einfangen und nutzen.

Gesamtansicht der „Carbon2Chem“-Pilotanlage

Eine Alternative wird im niederländischen Ijmuiden, im Stahlwerk des künftigen Partnerunternehmens Tata, erprobt: Die neue Hochofentechnologie, die mit 20 Prozent weniger Energie und Emissionen auskommen soll, heißt im Branchenjargon Hisarna. Auch daran ist Thyssen-Krupp beteiligt. „Wir reden hier nicht über Alternativen, sondern über sich ergänzende Bausteine für eine möglichst emissionsarme Produktion“, sagt Achatz.

Bisher produziert die Pilotanlage im Duisburger Technikum Methanol, das zum Beispiel als Treibstoff verwendet werden kann. Aber noch in diesem Jahr will man dort auch Ammoniak als Ausgangsstoff für die Düngemittelindustrie herstellen. Der Engpass ist Wasserstoff. Weil seine Konzentration im Hüttengas zu gering ist, muss angereichert werden.

120,5 Millionen Euro Investition in Forschung

Die Elektrolyse zur Zerlegung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff braucht aber sehr viel elektrische Energie. Die CO2-Bilanz wäre gleich wieder dahin, würde man dafür auf Kohlestrom oder Gaskraftwerke zurückgreifen. Produziert wird deshalb vor allem dann, wenn ein Überangebot an Grünstrom im Netz und die Elektrizität besonders preiswert ist.

Die Hüttengasströme werden dann zwischen der eigenen Energieerzeugung und der Chemieproduktion aufgeteilt. „So lassen sich über Carbon2Chem große Industrieanlagen als Energiepuffer einsetzen“, beschreibt Achatz einen nützlichen Nebeneffekt. Thyssen-Krupp hat 47 Millionen Euro in das Projekt investiert, weitere 13,5 Millionen Euro die beteiligten Industriepartner, 60 Millionen Euro kamen vom Bundesforschungsministerium.

Mitarbeiter von Thyssen-Krupp nehmen die Wasserelektrolyse der Crbon2Chem Pilotanlage in Betrieb

„Wir wollen die Basis schaffen, um das Verfahren in den großtechnischen Maßstab überführen zu können“, sagt Achatz. Die Wirtschaftlichkeit steht und fällt mit der Verfügbarkeit von Elektrizität aus erneuerbaren Energien. „Der Strompreis ist der entscheidende Parameter. Allzu weit sind wir von der Wirtschaftlichkeitsschwelle nicht mehr weg“, meint der Forschungschef.

Thyssen-Krupp denkt über Stahlwerke hinaus

Anfang der zwanziger Jahre sei die Planung erster industrieller Anlagen denkbar. Geschätzte Baukosten, Stand heute, für eine solche „CO2-Fabrik“: mindestens 500 Millionen Euro. Aus technischer Sicht ließen sich laut Thyssen-Krupp rund 20 Millionen Tonnen CO2 aus deutschen Stahlwerken potentiell nutzbar machen, mehr als ein Drittel der gesamten Emissionen. Achatz denkt allerdings lieber in Gesamtsystemen und nimmt die Methanolproduktion mit ins Kalkül. Weil dafür alternativ Synthesegase aus Erdöl oder Erdgas eingesetzt werden müssten, werde die CO2-Bilanz in der Gesamtschau um zwei Drittel entlastet.

Dass die erste Carbon2Chem-Anlage in Deutschland entsteht, ist für Achatz keineswegs ausgemacht. Es gebe auf der Welt rund 50 Stahlwerke, für die das Verfahren ohne Änderungen genutzt werden könne. Aber der gesamte Markt sei sehr viel größer, beschreibt Achatz das Potential des getesteten Technologie-Baukasten.

Bundesforschungsministerin Anja Karliczek (2. v. l.) ist beim Produktionsstart zugegen

Er ist gerade aus China zurück, wo die Technik großes Interesse finde: nicht nur in der Stahlindustrie, sondern auch in anderen Branchen mit hohem CO2-Ausstoß. Für Thyssen-Krupp stecken darin neue Wachstumschancen für den Anlagenbau, der etwa Kunden aus der Chemie, Düngemittel- und Zementindustrie beliefert: „Unsere Sparte Industrial Solutions kann mit Carbon2Chem neue technische Lösungen für eine emissionsarme Produktion liefern“, sagt Achatz.

Komplettumstellung der deutschen Chemie ist ein Ding der Unmöglichkeit

In globaler Klimaschutzperspektive biete sich das Verfahren für Standorte an, die auf günstigen Photovoltaikstrom zurückgreifen können. Als wettbewerbsfähiges Koppelprodukt ließen sich dort klimaschonend Treibstoff oder Chemievorprodukte für den Export produzieren. Achatz ist davon überzeugt, dass die Carbon2Chem-Technik in Deutschland und Europa ebenfalls zu einem wichtigen Modul für den Klimaschutz wird. Allerdings würden ihre Möglichkeiten auch in Zukunft dadurch begrenzt, dass hier nicht ausreichend Ökostrom für einen großflächigen Einsatz quer durch die Industrie zur Verfügung stehen werde.

Auf großes Interesse stößt das Thyssen-Krupp-Projekt in der Chemieindustrie. Covestro forscht im Technikum an weiteren Anwendungen, der Schweizer Spezialchemie-Konzern Clariant ist als Partner für Vorprodukte im Boot. Bisher deckt die Chemieindustrie ihren Kohlenstoffbedarf noch weitgehend aus den fossilen Quellen Öl und Gas. In Deutschland stehen fossile Rohstoffe nach Angaben des Verbands der chemischen Industrie (VCI) für rund 90 Prozent des Bedarfs.

Als klimaschonende Alternative werde deshalb intensiv an einer verstärkten „Kreislaufführung“ von Kohlenstoff gearbeitet. „Dabei wird auch die direkte Nutzung von CO2 als Rohstoff eine Rolle spielen“, sagt VCI-Hauptgeschäftsführer Utz Tillmann. Allerdings zeigt der Verband auch die Grenzen auf: Wollte man den heutigen Kohlenstoffbedarf der deutschen Chemie vollständig aus CO2 und Wasserstoff decken, brauchte man dafür 650 Terawattstunden Strom aus erneuerbaren Quellen. Das wäre mehr als der gesamte deutsche Stromverbrauch.