Kreislaufwirtschaft CO₂-Emissionen als industrieller Rohstoff

Anbieter zum Thema

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Treibhausgasemissionen vermeiden und Kohlenstoffkreisläufe schließen – Forscher am KIT haben mit NECOC ein Verfahren entwickelt, das das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid (CO₂) in festen Kohlenstoff umwandelt – ein industriell nutzbarer Rohstoff. Nun soll es erstmals im großtechnischen Maßstab in einem Gusseisenwerk eingesetzt werden.

Schädliches CO₂ direkt aus der Atmosphäre entnehmen und in einen Feststoff umsetzen – diese Idee war der Ausgangspunkt des Forschungsprojekts NECOC (steht für: No Emissions through converting CarbOn dioxide to Carbon), das 2020 gestartet ist. Nun bringen die Forschenden diese Technologie auf den Weg in die industrielle Anwendung. „Dafür entwickeln wir das NECOC-Verfahren so weiter, dass CO₂ aus industriellen Abgasen genutzt werden kann“, erklärt Dr. Benjamin Dietrich vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) des KIT. „Damit entsteht ein neuer, starker Hebel, um Kohlenstoffkreisläufe direkt in Industrieanlagen zu schließen.“ Im Fokus stehen Anlagen mit technisch nicht vermeidbaren, hohen Emissionen, die zugleich zentrale Ausgangspunkte essenzieller industrieller Wertschöpfungsketten im Land bilden. Exemplarisch dafür steht die Gusseisenindustrie mit Standorten etwa in Singen in Baden-Württemberg, wo Achs- und Bremskomponenten für die Automobilbranche entstehen.

NECOC-Verfahren auf dem Weg in die Praxis

Bei der Gusseisenherstellung entstehen CO₂-Emissionen durch den im Ofen eingesetzten Koks. Dieser dient nicht nur als Brennstoff, sondern ist auch für die metallurgischen Prozesse unverzichtbar. In Kombination mit dem NECOC-Verfahren werden die Abgase aus dem Ofen aufgefangen, das darin enthaltene CO₂ konzentriert und anschließend in eine NECOC-Anlage eingespeist. Dort wird das CO₂ zunächst mit Wasserstoff zu Methan umgesetzt, das anschließend durch flüssiges Zinn geleitet wird. In der Hitze der Metallschmelze kommt es zur Pyrolysereaktion: Das Methan zerfällt in Wasserstoff, der im Verfahren weiterverwendet wird, und in festen Kohlenstoff – ein Wertprodukt, das den bislang fossil hergestellten Koks im Ofen ersetzt.
Wie alle CCU-Verfahren (steht für: Carbon Capture and Utilization), also Verfahren zur Abscheidung und Nutzung von CO₂, benötigt auch das NECOC-Verfahren Energie. Gleichzeitig ist es dabei aber besonders flexibel bei den Energiequellen. Dank der am KIT entwickelten Methanpyrolysetechnik lassen sich neben Wärme, Elektrizität und Wasserstoff auch weitere Quellen nutzen. Für den Standort Singen ist eine emissionsfreie Nutzung von Biogas oder Erdgas vorgesehen. „Dafür müssen wir Wasserstofftechnik, Gasaufbereitung, Hochtemperaturreaktion im Flüssigmetall und Stoffkreislaufführung neu zusammendenken“, betonen Professor Thomas Wetzel, Leiter des TVT und des KALLA, und Professor Daniel Banuti, Leiter des ITES. „Das gelingt, indem wir vielfältige Kompetenzen am KIT in besonderer Weise verbinden.“

Was heute noch als klimaschädliche Emission entweicht, wird Schritt für Schritt Teil einer zirkulären Industrie.

Dr. Benjamin Dietrich

Kohlenstoffkreisläufe schließen

Auch jenseits der Gusseisenherstellung eröffnet das Verfahren neue Perspektiven – so ist bereits ein weiteres Transferprojekt in der Müllverbrennung in Planung, bei der ebenfalls unvermeidbare CO₂-Emissionen entstehen. Der im NECOC-Verfahren produzierte Kohlenstoff lässt sich vielseitig als Rohstoff einsetzen. Neben der Nutzung in der Gusseisenindustrie zeigen erste Forschungsarbeiten auch bei der Anwendung als Elektrodenmaterial in Batterien vielversprechende Ergebnisse. Der Einsatz in langlebigen Baustoffen zur Verbesserung ihrer Eigenschaften ist ebenfalls eine Option. „Wir schließen Kohlenstoffkreisläufe“, sagt Dietrich. „Was heute noch als klimaschädliche Emission entweicht, wird Schritt für Schritt Teil einer zirkulären Industrie.“