Neue Rohstoffquellen für die Chemieindustrie: Forschungsbedarf für eine defossilisierte Grundstoffchemie
Die gegenwärtige organisch-chemische Grundstoffindustrie stützt sich überwiegend auf fossile Kohlenstoffquellen wie Erdgas und Naphtha. Die Studie „Transformation der Chemischen Verfahrenstechnik – Effiziente Herstellungswege mit veränderter Rohstoffbasis“, erstellt von der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. im Auftrag des IREES Instituts für Ressourceneffizienz und Energiestrategien, untersucht Möglichkeiten zur Substitution dieser fossilen Rohstoffe durch alternative Kohlenstoffquellen am Standort Deutschland.
Alternative Kohlenstoffquellen und Prozessketten
Im Fokus der Untersuchung stehen drei potenzielle Ersatzstoffe für fossiles Naphtha und Erdgas:
- CO₂ aus unvermeidbaren Emissionsquellen wie Zement- und Kalkwerken sowie aus biogenen Quellen wie Biogasanlagen
- Biogene Rest- und Abfallstoffe
- Kunststoffabfälle
Für diese Rohstoffe werden umfassende Prozessketten dargestellt, die von der Rohstoffaufbereitung bis zur Herstellung großer Mengen petrochemischer Plattformchemikalien reichen. Mehrere technische Verfahren ermöglichen eine klimaneutrale Produktion der Grundstoffe, sofern alternative Kohlenstoffquellen mit erneuerbarer Energie kombiniert werden. Die Studie identifiziert sogenannte „Effizienz-Verfahren“, die sich durch technische Reife, Kosteneinsparungen, reduzierten Energieverbrauch und geringeren Rohstoffbedarf auszeichnen.
Fokussierte Verfahren zur chemischen Umsetzung
- Power-to-X-Prozesse: Umwandlung von CO₂ und grünem Wasserstoff zu Methanol, dessen Weiterverarbeitung zu Grundstoffen sowie die Fischer-Tropsch-Synthese zur Herstellung synthetischer Cracker-Rohstoffe
- Biomasse-Gasifizierung: Erzeugung von Synthesegas aus Biomasse und dessen Umwandlung zu chemischen Grundstoffen
- Thermochemisches Kunststoffrecycling: Insbesondere Pyrolyseverfahren zur Gewinnung von Cracker-fähigen Einsatzstoffen
Einige Verfahren können kombiniert werden, etwa die gemeinsame Gasifizierung von Kunststoff und Biomasse oder die parallele Nutzung von Kunststoffpyrolyse und Fischer-Tropsch-Synthese für Cracker-Rohstoffe.
Empfehlungen für Forschung und Entwicklung
Vor der industriellen Einführung bedarf es intensiver Forschung und Entwicklung einzelner Prozessschritte sowie Erfahrungen aus Pilot- und Demonstrationsanlagen. Die Studie formuliert konkrete Empfehlungen für Forschungsschwerpunkte in den Bereichen Rohstoffvorbehandlung, Katalysatorentwicklung, Reaktionstechnik und Produktaufbereitung. Die Integration dieser Bereiche ist entscheidend für eine optimale Energie- und Rohstoffeffizienz.
Prioritäre Forschungsfelder umfassen neben etablierten Technologien wie rohstoffflexiblen Gasifizierungsverfahren, Power-to-X-Prozessen und chemischem Kunststoffrecycling auch noch nicht ausgereifte, jedoch vielversprechende Verfahren, beispielsweise die homogen katalysierte Methanolsynthese oder die Direktsynthese von Olefinen aus Synthesegas.
Infrastruktur und politische Rahmenbedingungen
Für die erfolgreiche Umsetzung der Transformation sind folgende infrastrukturelle und politische Voraussetzungen erforderlich:
- Wettbewerbsfähige Industriestrompreise für elektrifizierte Anlagen auf internationalem Niveau
- Beschleunigter Ausbau überregionaler Transportnetze für CO₂ und Wasserstoff
- Klare politische Priorisierung der stofflichen Nutzung von Biomasse und Kunststoffabfällen gegenüber deren energetischer Verwertung
Obwohl die Transformation die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen reduziert, bleibt die Chemieindustrie weiterhin auf Importe angewiesen, insbesondere von Wasserstoff und dessen Derivaten aus Regionen mit günstigen Bedingungen für erneuerbare Energien. Investitionen sind unerlässlich, wobei die Nachrüstung bestehender Anlagen (Brownfield) gegenüber Neubauten (Greenfield) eine zentrale Rolle spielt, um die Wertschöpfung in Deutschland und Europa zu sichern.
Informationen zu den beteiligten Institutionen
DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. fördert den interdisziplinären Austausch in den Bereichen chemische Technik, Verfahrenstechnik und Biotechnologie. Der gemeinnützige Verein vereint rund 5.000 Fachleute aus Wissenschaft, Industrie und Forschung. Gemeinsam mit der DECHEMA Ausstellungs-GmbH organisiert er die ACHEMA. Die vorliegende Studie wurde im Rahmen von DECHEMA Analysis + Consulting von den Fachbereichen Chemie, Energie & Klima, Rohstoffe und Biotechnologie erarbeitet.
IREES – Institut für Ressourceneffizienz und Energiestrategien GmbH beschäftigt sich mit nachhaltiger Energie- und Ressourcennutzung, insbesondere mit neuen Technologien und Dienstleistungen für energieintensive Produktionsprozesse und den Gebäudesektor. Interdisziplinäre Teams analysieren Markthemmnisse, bewerten technische Lösungen und entwickeln Energie- und Klimaschutzstrategien auf verschiedenen Ebenen. Die Methodik umfasst Modellierung komplexer Energiesysteme, ingenieurtechnische und ökonomische Analysen sowie empirische Sozial- und Innovationsforschung.
Förderung und Projektkontext
Die Studie entstand im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Verbundprojekts EE4InG2 – Begleitforschung für Energieeffizienz in Industrie und Gewerbe 2.0 (Förderkennzeichen: 03EN2107A-C). Ziel ist die wissenschaftliche Begleitung des Forschungsnetzwerks Industrie und Gewerbe sowie die Förderung des Austauschs zwischen Industrie, Wissenschaft und Politik.
Kontaktinformationen
- DECHEMA e.V.: Dr. Alexis Bazzanella (alexis.bazzanella@dechema.de)
- IREES GmbH: Dr. Robert Maertens (r.maertens@irees.de)
Weiterführende Informationen
Die vollständige Studie steht kostenfrei zum Download bereit unter: https://www.dechema.de/rohstoffbasis
