Reduzierung der CO₂-Emissionen durch industrielles CO₂-Management

Für den Umgang mit dem Klimawandel müssen dringend Lösungen gefunden werden. Die CO₂-Emissionen der Industrie spielen dabei eine wichtige Rolle. CO₂ ist für das Leben auf der Erde unverzichtbar, doch der durch menschliche Aktivitäten verursachte erhöhte Anteil dieses Treibhausgases in der Atmosphäre trägt zur globalen Erwärmung bei.

Die Industrie sucht daher verstärkt nach Möglichkeiten, wie schädliche Effekte abgemildert werden können. Treibende Kräfte hierfür sind veränderte Vorschriften, die kritischere Prüfung durch die eigenen Stakeholder und das wachsende Verständnis dafür, dass Verantwortung für die Umwelt als ethische Komponente in der Geschäftstätigkeit berücksichtigt werden muss.

Das Bestreben, den Ausstoß an CO₂-Emissionen zu reduzieren, ergibt sich aus der Gemeinschaftsaufgabe der Menschheit, den Klimawandel zu verlangsamen. Infolgedessen führen Regierungen immer strengere Vorschriften für Prozesse ein, die große Auswirkungen auf das Klima haben. Das wegweisende Pariser Abkommen, das 2015 von 196 Ländern ratifiziert wurde, legte als globales Ziel die Begrenzung der Erderwärmung auf 1,5 °C über dem vorindustriellen Niveau fest. Um die Temperaturen unter dieser Grenze zu halten, muss bis 2030 eine Reduzierung der Treibhausgasemissionen um ca. 45 % erreicht werden, und bis 2050 müssen viele Betriebe bei Netto-Null angekommen sein.

Um dieses globale Ziel zu unterstützen, werden in den einzelnen Regionen neue Gesetze erlassen, die Kohlendioxid mit einem „Preisschild“ versehen. Beispiele hierfür sind der Clean Air Act und der Inflation Reduction Act in den USA sowie das Europäische Klimagesetz und das Emissionshandelssystem der EU. Diese Maßnahmen verpflichten die Industrie oder geben ihr Anreize, ihren CO₂-Fußabdruck zu reduzieren, denn sie zwingen Unternehmen dazu, die Kosten von Emissionen in ihre Geschäftsentscheidungen einzubeziehen.

Neben den gesetzlichen Vorschriften gibt es eine Reihe weiterer Faktoren, die Technologien für das CO₂-Management in der Industrie in den Fokus rücken. Hierzu gehören:

• Netto-Null-Emissionsziele von Unternehmen: Viele Unternehmen sind bestrebt, sich an den globalen Zielen und den Erwartungen ihrer Stakeholder auszurichten, und setzen sich dafür ehrgeizige interne Netto-Null-Ziele. Um diese Meilensteine zu erreichen, müssen Emissionsdaten genau gemessen, nachverfolgt und in Berichten dargestellt werden.
• Compliance in der Lieferkette: Führende Unternehmen mit einer Selbstverpflichtung zur Nachhaltigkeit haben ähnliche Erwartungen in ihre Lieferketten und verlangen von Lieferanten, dass sie ihre eigenen Bemühungen zur CO₂-Reduzierung nachweisen. Dazu müssen Lieferanten u. a. Emissionsziele festlegen und darüber Bericht erstatten, andernfalls laufen sie Gefahr, wertvolle Geschäftspartnerschaften zu verlieren.
• Der CO₂-Markt: Der freiwillige CO₂-Markt schafft einen finanziellen Anreiz für die Reduzierung von CO₂-Emissionen. Er ermöglicht Unternehmen, ihre Emissionen durch den Kauf von Emissionszertifikaten, sogenannten „Carbon Credits“, auszugleichen, mit denen andere Projekte zur CO₂-Abscheidung finanziert werden.
• ESG (Umwelt, Soziales und Unternehmensführung): Investoren entwickeln ein schärferes Bewusstsein für die mit dem Klimawandel verbundenen finanziellen Risiken. Einige fordern von den Unternehmen, in die sie investieren, entsprechende Transparenz und Maßnahmen. ESG-Faktoren haben sich in den letzten zehn Jahren allgemein etabliert, und die Nachhaltigkeitsleistung von Unternehmen wird oft als wichtiger Indikator für den langfristigen Wert und die Resilienz eines Unternehmens angesehen. Unternehmen mit überzeugenden Strategien für das CO₂-Management sind besser aufgestellt, Investitionskapital zu bekommen, Reputationsrisiken zu managen und sich einen Wettbewerbsvorteil in einer Welt zu verschaffen, in der Verantwortung für die Umwelt immer mehr wertgeschätzt wird.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Strategien der Emissionsminderung, die sich auf die direkte Reduzierung von Emissionen konzentrieren, verfolgen die Bemühungen zur CO₂-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (CCUS) einen anderen Ansatz. Ihr Ziel ist es, Kohlendioxid aus großen punktuellen Quellen abzuscheiden und es dann zur Herstellung von Produkten zu nutzen oder sicher zu speichern, um Umweltschäden durch seine Freisetzung zu verhindern. Jede dieser drei Komponenten entwickelt sich schnell weiter. Mit jedem neu vorgestellten Verfahren zur Effizienzsteigerung erhöht sich ihr Reifegrad.

Bei der CO₂-Abscheidung wird Kohlendioxid aus dem Abgas eines Prozessstroms entfernt, um eine Freisetzung in die Atmosphäre zu verhindern. Es gibt verschiedene Verfahren, die jeweils ihre spezifischen Vorteile und Herausforderungen mit sich bringen und die technologisch unterschiedlich weit ausgereift sind.

Den höchsten Reifegrad hat die Abscheidung nach der Verbrennung, sie ist auch das am weitesten verbreitete Verfahren. Dabei wird Kohlendioxid aus Rauchgasen entfernt, die in Kraftwerken und Industrieanlagen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen. Als Lösungsmittel für die CO₂-Absorption aus dem Gasstrom werden meistens Amine verwendet.

Dieses Verfahren kann zwar einen Großteil des Kohlendioxids effektiv abscheiden, ist aber energieintensiv, da für die Regeneration des Amin-Lösungsmittels sehr viel Wärme benötigt wird. Dies wirkt sich negativ auf die Gesamtanlageneffizienz und die Prozesseffizienz aus. Wenn die Energie durch Verbrennen fossiler Brennstoffe erzeugt wird, verschärft sich das Problem.

Bei der Abscheidung vor der Verbrennung wird Kohlendioxid dagegen bereits im Upstream-Prozess abgeschieden. Je nach CO₂-Konzentration können aminbasierte Abscheidungsverfahren oder andere Technologien eingesetzt werden.

Die Nutzung ist die CCUS-Komponente, bei der das abgeschiedene CO₂ nicht mehr als Abfallprodukt betrachtet wird, das durch Speicherung einzuschließen ist, sondern es erfährt eine Neubewertung als marktfähiges Produkt.

Ein Beispiel hierfür ist ist die Ölgewinnung (Enhanced Oil Recovery, EOR). Dabei wird abgeschiedenes CO₂ in weitgehend erschöpfte Öl- und Gaslagerstätten eingepresst, um die Ölförderung noch einmal zu steigern und gleichzeitig CO₂ unterirdisch zu speichern. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine sorgfältige Überwachung, um potenzielle Umweltrisiken im Zusammenhang mit austretendem CO₂ oder einer möglicherweise induzierten Seismizität zu mindern.

CO₂ kann auch als Rohstoff für die Herstellung einer Vielzahl wertvoller Erzeugnisse wie Beton, Kunststoffe und Brennstoffe genutzt werden. Dieser Ansatz bietet eine nachhaltige Alternative zur herkömmlichen, auf fossilen Brennstoffen basierenden Herstellung. Sein Erfolg hängt jedoch von der Marktnachfrage, der Kostenentwicklung und den Umweltauswirkungen des Produkts in der Gesamtbetrachtung ab.

Abgeschiedenes CO₂ kann auch einen Beitrag zur Dekarbonisierung der chemischen Industrie leisten, wenn daraus wertvolle Produkte wie Polyurethane hergestellt werden. Dieser Ansatz einer Kreislaufwirtschaft ist vielversprechend, aber aus Kostengründen ist der Wettbewerb mit traditionellen, auf fossilen Brennstoffen basierenden Produktionstechniken weiterhin schwierig.

Wenn Kohlendioxid aus technischen oder aus Kostengründen nicht wiederverwendet werden kann, muss es dauerhaft unterirdisch gespeichert werden, um eine Freisetzung in die Atmosphäre zu verhindern. Die geologische Speicherung ist das am weitesten ausgereifte und verbreitete Verfahren zur CO₂-Sequestrierung. Dazu muss das Gas tief unter der Erde in sorgfältig ausgewählte geologische Formationen gepresst werden. Für eine solche langfristige CO₂-Speicherung kommen vor allem erschöpfte Öl- und Gaslagerstätten, tiefe salzhaltige Grundwasserleiter (saline Aquifere) und Salzstöcke in Frage. Diese geologischen Formationen bieten sich aufgrund ihrer undurchlässiger Deckschichten, die ein Entweichen von CO₂ in die Atmosphäre verhindern, als große und sichere Speicher an.

Eine sichere und dauerhafte CO₂-Speicherung erfordert eine sorgfältige Standortbewertung, fortschrittliche Überwachungssysteme und strenge Vorschriften. Mithilfe dieser Maßnahmen können potenzielle Risiken wie CO₂-Leckagen, erhöhte Erdbebengefahr und eine Kontamination des Grundwassers minimiert werden. Die geologische Speicherung bleibt zwar auf absehbare Zeit die praktikabelste Option, es wird aber weiter an alternative Speicherverfahren geforscht.

Die mineralische Karbonisierung ahmt beispielsweise natürliche geologische Prozesse nach, bei denen CO₂ mit Elementen im Erdreich reagiert und stabile Carbonatminerale bildet, die Kohlenstoff über lange Zeiträume binden. Obwohl die Langzeitspeicherung ein großes Potenzial bietet, erfordert dieser Prozess einen erheblichen Energieeinsatz und ist mit Herausforderungen in Bezug auf Kosten, Skalierbarkeit und Ressourcenverfügbarkeit verbunden.

Die Realisierbarkeit und wirtschaftliche Tragfähigkeit von CCUS-Verfahren hat sich zwar erhöht, einer breiten Einführung stehen aber noch mehrere Hindernisse im Wege. CCUS-Technologien erfordern insbesondere erhebliche Kapitalinvestitionen. Für einen groß angelegten Einsatz von CCUS, der die weltweiten Emissionen spürbar reduzieren könnte, bedarf es nicht nur internationaler Zusammenarbeit, sondern auch gewaltiger Investitionen in neue Infrastrukturen wie Pipelines, Speicher- und Transportnetze.

Die CO₂-Abscheidung und -Verdichtung ist äußerst energieintensiv, was einige der Vorteile für die Emissionsreduzierung möglicherweise zunichte macht. Die Verbesserung der Energieeffizienz von CCUS-Technologien ist daher von entscheidender Bedeutung, um den Nutzen für die Umwelt insgesamt zu erhöhen.

Außerdem müssen Bedenken hinsichtlich der Akzeptanz von CCUS-Verfahren in der Öffentlichkeit berücksichtigt werden. Sie betreffen insbesondere eventuelle CO₂-Leckagen bei der geologischen Speicherung. Um das Vertrauen der Öffentlichkeit zu gewinnen, kommt es darauf an, eine zuverlässige Infrastruktur aufzubauen und strenge Vorschriften für den Umgang mit den Risiken durch Industrieemissionen umzusetzen.

Das Management von CO₂-Emissionen ist mit spezifischen Herausforderungen verbunden, aber Untätigkeit könnte die Situation noch weiter verschlimmern. Wenn Kohlendioxid als Treibhausgas in die Atmosphäre abgegeben wird, verschärft es die Klimaproblematik. CCUS-Technologien bieten eine Möglichkeit, ihre Auswirkungen zu beseitigen oder abzumildern. Trotz des Potenzials dieser Technologien liegt noch viel Arbeit vor uns, bis effiziente Abscheidungsverfahren und effektive Nutzungsstrategien tatsächlich zur Verfügung stehen.

Die Entwicklung von Anwendungen in der Praxis erfordert eine kontinuierliche Zusammenarbeit zwischen Regierung und Industrie. Mit zunehmender Reife der Technologien für CO₂-Management und der Realisierung von Größenvorteilen ist jedoch mit einem deutlichen Rückgang der Kosten zu rechnen. Dies wird die ökonomische Tragfähigkeit einer CO₂-Kreislauffwirtschaft verbessern.

Die Erforschung innovativer Technologien wie CCUS, die Optimierung vorhandener Prozesse zur Steigerung der Energieeffizienz und Investitionen in erneuerbare Energieressourcen sind wichtige Schritte für jedes Industrieunternehmen bei der Reduzierung seiner CO₂-Emissionen. Da die Nachfrage nach kohlenstoffarmen Lösungen wächst, können Unternehmen, die ein effektives CO₂-Management betreiben, einen Wettbewerbsvorteil erzielen. Dies erhöht auch ihre Attraktivität für Investoren und stärkt ihr Nachhaltigkeitsimage.