Kohlenstoffdioxid (CO2) ist eine Kohlenstoffquelle, die als Ausgangspunkt für die Herstellung von Kraftstoffen, Polymeren und zahlreiche Basischemikalien dienen kann. In einem aktuellen Bericht "Carbon for Power-to-X", der im Rahmen des International PtX Hub entstand, identifiziert die Dechema Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Punktquellen und beschreibt verschiedene Technologien zur CO2-Abscheidung. "Die heutigen Wertschöpfungsketten der am häufigsten verwendeten Produkte sind in hohem Maße von der petrochemischen Industrie geprägt, die Grundchemikalien wie Methanol liefert", sagt Co-Autorin Luisa López. "Diese auf fossilen Rohstoffen basierenden Moleküle werden derzeit im Megatonnen-Maßstab produziert. PtX ermöglicht es uns, alternative Produktionsrouten für diese wichtigen Verbindungen auf der Basis von CO2 zu schaffen."
Derzeit ist CO2 in vielen Sektoren hauptsächlich ein Abfallprodukt. Obwohl der Klimaschutz Anstrengungen zur Minimierung dieser Emissionen verlangt, kann man die verbleibenden CO2-Ströme als Rohstoff für die PtX-Produktion nutzen. Dabei zeigt der Bericht, dass man CO2 aus dem Energie- und Industriesektor, aus biogenen Prozessen, Abfällen und Abwässern sowie aus der Atmosphäre gewinnen kann. "Biogene Quellen und Direct-Air-Capture (DAC) könnten als nachhaltige CO2-Quellen dienen und stoßen durch einen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf auf eine höhere Akzeptanz", sagt Co-Autor Chokri Boumrifak. "Biomasse wird jedoch auch in anderen Sektoren stark nachgefragt und ihre Kapazitäten sind begrenzt. DAC, als theoretisch unbegrenzt verfügbare Quelle, erfordert dagegen im Vergleich zu anderen Quellen hohe Energiemengen und die großtechnische Anwendung ist noch sehr kostenintensiv. Daher sollten unvermeidbaren CO2-Emissionen aus dem Industriesektor als zusätzliche Punktquelle berücksichtigt werden".
Carbon for Power-to-X gibt Überblick über Technologien
Die Publikation "Carbon for Power-to-X" gibt einen Überblick über Technologien zur Abtrennung und Aufreinigung von CO2. Diese Technologien sind bereits gut entwickelt, und ihre Anwendung hängt von Faktoren wie der Qualität der Gaszusammensetzung, der Energie- und der Kosteneffizienz ab. Dabei ist die Amingasbehandlung unter allen CO2-Abtrennungsmethoden die ausgereifteste Technologie und man nutzt sie bereits in großem Umfang kommerziell. Mehrere andere Trennverfahren, nämlich die kryogene Trennung, die Pressure-Swing-Adsorption, die Vacuum-Pressure-Swing-Adsorption, die Membrantrennung und die Verbrennung mit dem Chemical-Looping-Verfahren, setzt man bei der Kohlenstoffdioxidabscheidung ein.
Für Verbrennungsprozesse zeigt der Bericht, wie man die Kohlenstoffabscheidung mit verschiedenen Ansätzen umsetzen kann. Die einfachste Methode besteht in der direkten Extraktion von CO2 aus dem Abgas. Weitaus fortschrittlicher sind Ansätze, bei denen man den Brennstoff entweder durch Vergasung vorbehandelt oder mit reinem Sauerstoff verbrennt, um CO2 in höherer Reinheit zu gewinnen.
Das abgeschiedene CO2 kann die Industrie entweder über bereits bestehende Produktionsrouten oder über neu eingerichtete Prozesse zur Herstellung von Chemikalien einsetzen. Zu den primären Produktionsrouten mit CO2 als Ausgangsstoff gehören die Methanolsynthese (als Vorprodukt für Kraftstoffe, Polymere, Säuren usw.), Fischer-Tropsch (zur Herstellung von Kraftstoffen, Wachsen, Naphtha und Methan) und Carbonylierungsprozesse (zur Herstellung von Ibuprofen, Acrylglas). Die Anpassung dieser Produktionsrouten an ein PtX-Konzept erfordert neue Technologien zur Umwandlung von CO2 in den jeweiligen Ausgangsstoff. Dabei sind Power-to-Liquid (PtL)-Prozesse zur Herstellung von synthetischen Kohlenwasserstoffen wie Kraftstoffen eine der am weitesten fortgeschrittenen Anwendungsfälle für PtX .