Chemie - besonderes Know-how

H2 Wertschöpfung

Potenziale zur Modellregion für Grünen Wasserstoff

In Mitteldeutschland existiert die gesamte Wertschöpfungskette für den Energieträger der Zukunft

Deutschland soll sich zum weltweit führenden Ausrüster für moderne Wasserstofftechnologien entwickeln – so das Ziel der Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung. Sachsen-Anhalt ist Vorreiter, wenn es um den Aufbau einer grünen Wasserstoffwirtschaft geht. Innovative Ideen sind hier schon zu Leuchttürmen gewachsen. In der Wasserstoffmodellregion Mitteldeutschland entsteht eine komplette Wertschöpfungskette, die unter Verwendung erneuerbarer Energien Grünen Wasserstoff herstellt, ihn speichert und transportiert.

Die „Lange Lauchstädter Straße“ zwischen Teutschenthal und Bad Lauchstädt macht ihrem Namen alle Ehre: links und rechts weites Feld mit Windkraftanlagen am Horizont. Nicht zu sehen ist der unterirdische Salzstock, in dem Erdgas gespeichert wird – und wo sich Zukunftsweisendes tut: Hier entsteht der weltweit erste Kavernenspeicher, der grünen Wasserstoff aus erneuerbaren Energien speichert.

„Wir haben so einige Leuchtturmprojekte zu bieten“, sagt Florian Thamm, Marketingchef des HYPOS-Konsortiums. „Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany“, so die Langfassung des Netzwerkes aus Wirtschaft und Wissenschaft. Es war 2013 angetreten, in Mitteldeutschland eine Wasserstoffmodellregion zu etablieren. Im Berliner Bundesforschungsministerium kommen solche Nachhaltigkeitsgedanken gut an. HYPOS wurde in das Förderprogramm „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“ aufgenommen. Der Energieträger Wasserstoff leistet einen entscheidenden Beitrag zum Gelingen der Energiewende – wenn er nicht konventionell aus Erdgas erzeugt wird. Im klimaneutralen Elektrolyseprozess wird Wasser mittels erneuerbarer Energie aus Wind- oder Solarenergie in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Dabei entsteht ein vollständig emissionsfreier Kreislauf.

Wasserstofffabrik der Zukunft

In der Wasserstoff-Modellregion soll eine komplette H2-Wertschöpfungskette abgebildet werden – von der Erzeugung über Speicherung bis zum Transport. An deren Anfang steht die Entwicklung neuer Elektrolysesysteme, damit Grüner Wasserstoff klimaneutral und kostengünstig hergestellt werden kann. Die HYPOS-Mitglieder Siemens AG, Linde Aktiengesellschaft und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS kooperieren in dem Projekt „GreenHydroChem Mitteldeutschland“, das als Gewinner im Ideenwettbewerb „Reallabore der Energiewende“, vom Bund gefördert wird. Am Chemiestandort Leuna wird die mit über 100 Megawatt bislang weltweit größte Elektrolyse-Anlage zur Erzeugung von Grünem Wasserstoff errichtet. Zudem entstehen derzeit in Leuna die Elektrolysetest- und -versuchsplattform ELP sowie eine Skalierungsplattform. Der hier im Großmaßstab erzeugte Grüne Wasserstoff soll zur Herstellung von nachhaltigen Grundchemikalien und Kraftstoffen genutzt werden. Der Aufbau dieser vom Land Sachsen-Anhalt geförderten Anlagen wird vom Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna und vom Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) wissenschaftlich vorangetrieben. Betrieben werden die Anlagen von der TOTAL Raffinerie Mitteldeutschland GmbH in Leuna.

„Da nicht überall Wind- und Photovoltaikanlagen gebaut werden können, setzen wir ebenso auf standortunabhängige Lösungen, nutzen gegebenenfalls auch Biogasanlagen für die Produktion von Wasserstoff“, sagt Torsten Birth und verweist auf ein spezielles Gärungsverfahren, mit dem aus organischen Rohstoffen Wasserstoff erzeugt werden kann. Am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg leitet Birth das Forschungsteam Energie- und Ressourceneffiziente Systeme. Das IFF entwickelt derzeit das Konzept für die „Wasserstofffabrik der Zukunft“. Die soll sich aus bedarfsgerechten, dezentralen Modulen zur Produktion und Verteilung von Grünem Wasserstoff zusammensetzen.

„Wasserstoffdorf“ im Chemiepark Bitterfeld

Ein Glied in der Wertschöpfungskette ist der besagte Salzstock bei Bad Lauchstädt. Hier hat die VNG Gasspeicher GmbH neue Kavernen errichtet, um sie in den Testbetrieb für Grünen Wasserstoff zu geben. Der Hohlraum soll über ein Volumen von etwa 3800 Tonnen Wasserstoff verfügen. „Der Energiegehalt dieser Wasserstoffmenge entspricht dem Jahresstromverbrauch von zirka 40.000 Zwei-Personen-Haushalten“, zieht Florian Thamm einen anschaulichen Vergleich und beruft sich auf Prognosen hinsichtlich des Absatzes von Wasserstoff. So würden bis 2050 im Umfeld des Ballungszentrums Halle-Leipzig und in den benachbarten Städten pro Jahr zirka neun Milliarden Kubikmeter Grüner Wasserstoff benötigt.

Nicht zufällig erstreckt sich der HYPOS-Aktionsradius über das traditionsreiche Chemiedreieck Böhlen-Leuna-Bitterfeld. Es verfügt bereits über eine etwa 150 Kilometer lange Wasserstoffpipeline und über traditionell angesiedelte Fachkompetenz. Für den Wasserstoff-Transport zwischen dem Chemiedreieck und der Speicheranlage in Bad Lauchstädt soll eine umzuwidmende Erdgaspipeline genutzt werden.

Um den Nachweis zu erbringen, dass die Gasinfrastruktur auch mit reinem Wasserstoff funktioniert, wurde von der Mitteldeutschen Netzgesellschaft Gas mbH (MITNETZ GAS) das HYPOS:H2-Netz errichtet. Mit dem sogenannten „Wasserstoffdorf“ beginnt das erste grüne Kapitel des 126-jährigen Chemieparks Bitterfeld in Sachsen-Anhalt. Hier in der Chlorstraße wurde das innovative Vorzeigeprojekt auf einem 12000 Quadratkilomeer großen Gelände errichtet. An Tagen der offenen Tür erfreut sich das reale H2-Testfeld großem Interesse. Hier wird die Verwendung von Grünem Wasserstoff technisch, wirtschaftlich und ökologisch bewertet. Und es veranschaulicht nachvollziehbar, wie die Versorgung etwa eines Wohngebietes mit diesem nachhaltigen Energieträger funktionieren kann.

H2-Leuchttürme mit internationaler Strahlkraft

Nicht nur die urbanen Energieversorger seien potenzielle Abnehmer, sondern allen voran die chemische Industrie sowie die energieintensiven Industriebetriebe im Schwerlast-, Schiffs- und Luftverkehr, sagt Florian Thamm. Torsten Birth vom IFF denkt zudem an die dezentrale Energieversorgung und an die Mobilität; konkret an Wasserstoff-betriebene Blockheizkraftwerke und Fahrzeugflotten mit Kleintransportern und Gabelstaplern in Industrie- und Gewerbeparks. „Der Wasserstoff kann von den Brennstoffzellen in den Fahrzeugen wieder in elektrische Energie zum Fahren umgewandelt werden“, sagt Birth. „Wir werden den grünen Wasserstoff im industriellen Maßstab zum Erfolg führen“, so die Überzeugung des Wissenschaftlers. Was HYPOS-Sprecher Florian Thamm bekräftigt: „Die vielfältigen Forschungsarbeiten und Aktivitäten der HYPOS-Partner, die Entwicklung einer Wasserstofffabrik und die ELP-Plattform sind exzellente Leuchttürme mit nationaler und internationaler Strahlkraft. Wenn der Schritt in die industrielle Anwendung gelingt, ist Grüner Wasserstoff nicht nur Schlüsselenergieträger der Energiewende, sondern Schubkraft für die gesamte Wirtschaft.“

Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff

"GreenHydroChem": Reallabor erforscht gesamte Wertschöpfungskette für grünen Wasserstoff 

Mit dem Projekt »GreenHydroChem« werden Aktivitäten des HYPOS e.V. weiterentwickelt. Der Verein bündelt und koordiniert bereits seit 2013 überregional die Kompetenzen von Wirtschaft und Wissenschaft in Bezug auf Grünen Wasserstoff in Mitteldeutschland und darüber hinaus.

Reallabor umfasst gesamte Wasserstoff-Wertschöpfungskette

Während zu Anwendungsmöglichkeiten von Grünem Wasserstoff bereits zahlreiche Projekte unter anderem im Mobilitätsbereich existieren, wird die gesamte Wertschöpfungskette einschließlich der Erzeugung des Grünen Wasserstoffs bislang nur theoretisch beziehungsweise in Einzelaspekten betrachtet. Hier setzt GreenHydroChem an, um im mitteldeutschen Raum, der mit seinem Chemiedreieck dafür beste Voraussetzungen bietet, den gesamten Wertschöpfungsprozess abzubilden.

Das Grundkonzept von »GreenHydroChem« umfasst in einem systemischen Ansatz über drei Teilprojekte die intelligente Verknüpfung von Großelektrolyse (Herstellung), Wasserstoffpipeline (Transport), Wasserstoffkaverne (Speicherung) und entsprechenden Großabnehmern (Verwendung) für Grünen Wasserstoff. Dazu wollen die Partner die in Mitteldeutschland bereits bestehende Infrastruktur nutzen und erweitern. Darüber hinaus stehen auch die entsprechenden Stromkapazitäten aus erneuerbaren Energien zur Verfügung, sowohl im Netz als auch durch eine geplante Direktanbindung an einen Windpark in Bad Lauchstädt. Auch der netz- und systemdienliche Einsatz der Anlagen soll erprobt werden. Hierfür bieten die Regelzone von 50Hertz mit einem Anteil an Erneuerbaren Energien von aktuell über 56 Prozent sowie dieser spezifische Standort mit seinen netztechnischen Eigenschaften beste Voraussetzungen.

Bis zu 140 Megawatt Elektrolyseur-Kapazität

Im Detail umfasst das Projekt den Bau von Großelektrolyseanlagen an den Standorten Leuna mit einer Kapazität von bis zu 100 Megawatt sowie Bad Lauchstädt mit einer Kapazität von bis zu 40 Megawatt, einer Anlage zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Reststoffe sowie die Nutzung eines Kavernenspeichers in Bad Lauchstädt mit Gasnetzanbindung an das bestehende Wasserstoff-Pipelinesystem Mitteldeutschlands. Darüber gelangt der Grüne Wasserstoff zu potenziellen Kunden, zum Beispiel der Raffinerie in Leuna. Der Kavernenspeicher mit seiner Kapazität von 50 Millionen Kubikmetern sichert eine kontinuierliche Belieferung, um Zeiten von Windflauten und Wartungsmaßnahmen an den Elektrolyseanlagen zu überbrücken.

Bis zu 91 Prozent weniger Treibhausgas-Emissionen

Die Projektpartner wollen das Reallabor bis 2024 entwickeln und realisieren. Bei erfolgreicher Umsetzung wird »GreenHydroChem« durch die Sektorkopplung industrieller Wertschöpfungsketten mit der erneuerbaren Stromerzeugung einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende sowie zur Weiterentwicklung der mitteldeutschen Wirtschaftsregion leisten. Der so erzeugte Grüne Wasserstoff reduziert die anfallenden Treibhausgas-Emissionen um bis zu 91 Prozent.

Stichwort »Reallabor«

Als Reallabor der Energiewende wird eine innovative und praxisnahe Experimentierumgebung bezeichnet. Es bietet die Möglichkeit, unter realistischen Bedingungen bei der wissenschaftlichen Vorbereitung, der Errichtung und dem Betrieb der notwendigen Industrieanlagen Erfahrungen zu sammeln und das Spannungsfeld von Innovationen, regulatorischen Instrumenten und gesellschaftlicher Akzeptanz positiv und zukunftssichernd zu gestalten. Das BMWi fördert diese speziellen Experimentierräume über das 7. Energieforschungsprogramm.

Wandel zur Wasserstoffwirtschaft

Mitteldeutschland hat beste Voraussetzungen, eine zentrale Rolle beim Wandel zur Wasserstoffwirtschaft einzunehmen. Gerade durch die lange Industriegeschichte ist in der Region großes industrielles Know-how zuhause. Viele Unternehmen – gerade im mitteldeutschen Chemiedreieck – haben langjährige Erfahrungen im Umgang mit Wasserstoff, auch gibt es im bundesweiten Vergleich keine andere Region, in der die Wasserstoffinfrastruktur bereits so gut ausgebaut ist. Zudem sind die Unternehmen in diesem Sektor stark in nationale und internationale Forschungsprojekte eingebunden.

Lesen Sie den Beitrag des IMG-Geschäftsführers Thomas Einsfelder zur Wasserstoffwirtschaft in Sachsen-Anhalt.

Basaltfasern - erster EU-Produzent

Erstes Unternehmen in der EU produziert Rohstoff mit großem Einsatzpotential: Deutsche Basalt Faser GmbH

Ob im Beton oder als Strukturbauteile des Automobils: Basaltfasern, gezogen aus vulkanischem Gestein, sind dank ihrer Vorteile eine Alternative zu herkömmlichen Rohstoffen wie Glas- oder Carbonfasern. Das Verfahren zur Herstellung wird heute in Sachsen-Anhalt angewendet und  wurde in Georgien entwickelt.

In der damaligen UdSSR schätzte man die Basaltfaser. Zu Sowjetzeiten wurde das Material, dessen erste Herstellung 1963 in der Akademie für Naturwissenschaften in Tiflis, der Hauptstadt Georgiens, stattfand, in der Raumfahrt eingesetzt - man sprach nur ungern darüber. 1998 konnte das Verfahren  zum effizienten Herstellen kontinuierlich gezogener Basaltfasern weiterentwickelt werden. „Die Technologie hat mein Großvater entwickelt, mein Vater hat sie 2008 nach Deutschland gebracht.“ Georgi Gogoladze führt das georgisch-deutsche Unternehmen, die Deutsche Basalt Faser GmbH Sangerhausen in Sachsen-Anhalt, seit 2017. Das Unternehmen ist das einzige in der EU, das die Fasern produziert und damit eine Nische zwischen der Glas- und der Karbonfaser ausfüllt.

Vorteile des Naturprodukts

Wobei die Nische nicht mehr lange eine sein dürfte, bietet der Rohstoff doch  „unglaublich viele Anwendungsmöglichkeiten“, wie Georgi Gogoladze sagt. Im Vergleich zu Glasfasern, nur als ein Beispiel, weisen solche aus Basalt eine höhere Zugfestigkeit auf. Sie sind korrosionsbeständig, haben eine hohe chemische Beständigkeit, sind nicht lungengängig und damit für die Gesundheit unbedenklich. Sie können bei Temperaturen zwischen minus 260 und plus 750 Grad Celsius eingesetzt werden, was sie sogar für den Einsatz in Luft- und Raumfahrt interessant macht. Ihre Herstellung benötigt weniger Arbeitsgänge und generiert deutlich weniger Kohlendioxid. Damit hat das Naturprodukt den niedrigsten CO2-Fußabdruck im Vergleich zu herkömmlichen mineralischen Fasern. Und es ist vollständig recyclebar. „Die Fasern sind zwar noch teurer“, sagt Georgi Gogoladze, „aber mit steigender Produktionsmenge wird sich das ändern.“

Vielfältiger Einsatz

Der Rohstoff, Basaltgestein vulkanischen Ursprungs, findet sich in 60 Prozent der Erde. In Sangerhausen wird das Material in Schmelzöfen bei 1400 Grad Celsius zurück in den Lavazustand versetzt und dann durch Edelmetalldüsen zu feinen Filamenten gezogen. 13 Mikrometer sind diese stark. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 20 Mikrometer dick! Zum Einsatz kommt das Material, weiterverarbeitet, vor allem im Leichtbau, dem Baugewerbe oder der Autoindustrie. Als Integrale Faser beispielsweise. Die Methode zu deren Herstellung hat das Unternehmen vor zwei Jahren gemeinsam mit der TU Dresden entwickelt. Die alkalisch beständigen Fasern werden Beton beigemischt oder ausschließlich verwendet, eine umweltfreundliche und ressourcenschonende Bauweise. Der Baustoff wird damit dauerhafter, da die Fasern auch unter extremen Bedingungen nicht geschädigt werden, was den Einsatz bei Industriefußböden oder beim Tunnelbau interessant macht. Zudem kann der Beton als Bauschutt wiederverwertet werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien nämlich, wie Stahl oder Karbon, kann die Basaltfaser als Naturprodukt im Beton verbleiben.

Rissbildung geringer

Zum Einsatz im Straßenbau kann wiederum Geogrid genutzt werden - ein biaxiales Geflecht, in variablen Maschenweiten gewoben. Die Zugfestigkeit der Basaltfaser minimiert die Rissbildung im Straßenbelag. Zum Vergleich: Die Zugfestigkeit von Basaltfasern ist dreimal so hoch wie bei Stahl und dabei viermal leichter. Und: Geogrid dehnt sich um 1,5 Prozent aus, herkömmliche Bewehrungsmaterialien aus Kunststoff um zehn Prozent!

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale), Sachsen-Anhalt, forscht das Unternehmen gerade am Einsatz der Faser in der Kunststoffbewehrung. „Die Thermoplaste ist besonders interessant für die Autoindustrie“, sagt Georgi Gogoladze, „eingesetzt als Strukturteile in der Karosserie. Damit wird eine höhere Schlagfestigkeit erreicht als bei Carbon.“ Noch, sagt Georgi Gogoladze, werde an dem bilateralen Projekt geforscht, mit Produktionsbeginn rechnet er im kommenden Jahr. Ebenfalls mit Blick auf die Autoindustrie wird derzeit zudem an der Beigabe von Basaltfasern in Bremsbeläge gearbeitet.

Die hohe Temperaturbeständigkeit der Basaltfaser macht sie auch als Isolationsmaterial interessant. In Sangerhausen wird ein Garn produziert, das mittels Nadelvliestechnologie in zu einem Basaltvlies verarbeitet wird. Seine Fasern sind nicht brennbar, nicht lungengängig und aufgrund ihrer Dichte genauso wärmeleitfähig wie herkömmliche Produkte. Und dabei dünner: Nur acht Millimeter dick ist der Vliesstoff. Noch ein Vergleich: Steinwolle ist 60 Millimeter dick! Damit drängt sich der Einsatz als Dämmstoff gerade auf, verbleibt doch bei der Innenisolierung mehr Wohnraum. Das Vlies ist aber auch für die Außen- und Dachdämmung prädestiniert; es ist unbedenklich hinsichtlich der Feuchtigkeitsaufnahme und vermodert nicht, und bei einem möglichen Brand entstehen keine Toxine.

Vorteil der Forschungslandschaft

An weiteren Produkten wird getüftelt. „Es gibt einen Pool von Forschungseinrichtungen, mit denen wir gemeinsam an Projekten arbeiten“, sagt Georgi Gogoladze. Die Technischen Universitäten aus Dresden und Kaiserslautern sind dabei, aber auch Institute aus Sachsen-Anhalt wie das Fraunhofer-Institut IMWS. Die Forschungslandschaft des mitteldeutschen Bundeslandes war einer der Standortfaktoren, der für die Niederlassung des Unternehmens in Sachsen-Anhalt sprach. Eine zentrale Lage samt günstiger Verkehrsanbindung und gute Förderbedingungen des Wirtschaftsministeriums kamen hinzu. Vier Millionen Euro hat die Deutsche Basalt Faser GmbH mittlerweile investiert, 15 Mitarbeiter arbeiten für das Unternehmen in Sangerhausen. Während das Schwesterunternehmen in Georgien vorrangig den Markt in Asien bedient, exportiert die Firma von Georgi Gogoladze in die Benelux-Staaten, nach Skandinavien und nach Osteuropa. 750 Tonnen pro Jahr werden ausgeliefert, die Aussichten auf eine Steigerung sind gut. Ihr Bekanntheitsgrad, sagt Georgi Gogoladze, sei gestiegen, immer häufiger würden sie angesprochen von Interessenten. „Der Rohstoff bietet einfach ein großes Potential an Einsatzmöglichkeiten.“

Spinnvliese

Aus PP-Granulat werden bei RKW HydroSpun GmbH feinste Endlosfasern zu strapazierfähigen Spinnvliesen verarbeitet.

Der Hersteller von Hochleistungsvliesstoffen wurde 2005 in Halberstadt gegründet und gehört seit 2007 als selbstständiges Tochterunternehmen zur RKW-Gruppe.
Als innovativer weltweiter Technologieführer fertigt der Standort wasserstrahlverfestigte und thermobondierte Spinnvliesstoffe.

Innovationsführer weltweit

Für die Fertigung dieser innovativen Vliesstoffe aus Endlosfilamenten, die unter dem Markennamen RKW HyJet® vertrieben werden, nutzt RKW eine Inline-Produktionsanlage.

RKW HyJet® findet sich in so verschiedenen Anwendungen wie Oberflächenschutz oder Akustik in der Automobilindustrie und dem wachsenden Hygienemarkt für Personal Care und medizinische Bereiche.

Chemisches Recycling

Nachhaltige Chemie mit „Carbontrans“: Restabfall wird zu Synthese-Kraftstoff

Eine Anlage in Leuna soll Vorreiter beim chemischen Recycling werden

Die chemische Industrie sucht nach Kreisläufen. Auf Deutschlands Müllhalden türmen sich Restabfälle, die bislang nicht verwertet werden. Mit den Bewegungen für mehr Klimaschutz kommt Schwung in die Debatte, dieses Problem zu lösen. Sächsische und sachsen-anhaltinische Forscher planen jetzt eine Anlage, mit der am Chemiestandort Leuna bald Müll in synthetische Kraftstoffe umgewandelt werden könnte.

Sortierreste der „Gelben Tonne“ und aufbereitete Restabfälle aus der „Schwarzen Tonne“ loswerden durch umweltfreundliches chemisches Recycling: Was zunächst verrückt und visionär klingt, ist für Prof. Dr. Bernd Meyer schon lange ein Thema – und die Basis für ein Projekt, das aktueller denn je ist. Als Leiter der Freiberger Außenstelle für „Kohlenstoffkreislauf-Technologien“ am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) und Direktor des Instituts für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (IEC) der TU Bergakademie Freiberg gehört der Verfahrenstechniker zu den Köpfen des Verbundes, der sich für „Carbontrans“ einsetzt – eine Plattform für die Kohlenstoffkreislaufwirtschaft am Chemie-Standort Leuna im südlichen Sachsen-Anhalt.

Für das Projekt, das die nachhaltige Chemie im Land maßgeblich prägen könnte, werden unter der Leitung von Bernd Meyer  Planung und  Betrieb im Rahmen des vom Land Sachsen-Anhalt geförderten Fraunhofer-Leistungszentrums Chemie- und Biosystemtechnik koordiniert, an dem unter anderem die Hochschule Merseburg, das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna sowie die Unternehmen „MIBRAG“, „ROMONTA“, „InfraLeuna“ und „RWE Power“ beteiligt sind. Die Idee dahinter: Abfall soll künftig nicht mehr einfach als Brennstoff „verraucht“ werden, sondern soll als sekundärer Rohstoff Teil der chemischen Wertschöpfungskette werden.

Neue Verwertungswege gesucht

Das wichtigste Ziel formuliert der Forscher so: „Chemisches Recycling muss als nachhaltigster Verwertungsweg für die Rückführung von Abfällen in den Kohlenstoffkreislauf etabliert werden.“ Vor dem Hintergrund, dass eine große Menge sogenannter Ersatzbrennstoffe – Reste, die beispielweise übrigbleiben, wenn Inhalte der „Gelben Tonne“ oder des „Schwarzen Sackes“ sortiert werden – in Müll- oder Kohlekraftwerken „verfeuert“ wird, sucht der interdisziplinäre Verbund nach neuen Verwertungswegen. Auch, weil die Kohleverstromung in absehbarer Zeit endet.

„Eine sehr gute Möglichkeit“, erklärt Bernd Meyer, „ist die Vergasung, bei der reines Synthesegas erzeugt wird, das wiederum zu neuen Kunststoffen oder zu synthetischen Kraftstoffen umgewandelt werden kann – und das in einem geschlossenen, umweltfreundlichen System“. Der Forschungsleiter ist überzeugt, dass solche chemischen Produkte oder Kraftstoffe „künftig sehr gefragt sein werden, allein, weil damit die CO₂-Belastung der Kunststoffchemie oder des Fernverkehrs, der noch auf Verbrennungsmotoren angewiesen ist, deutlich gesenkt werden kann“.

Autofahrer könnten synthetische Kraftstoffe tanken

In Sachsen-Anhalt fällt diese Idee auf fruchtbaren Boden: Das Fraunhofer IMWS will mit „Carbontrans“ einen wichtigen Beitrag zur emissionsarmen Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft leisten. Am Standort Leuna soll eine Anlage entstehen – die Forscher sprechen von einer „Demonstrationsplattform“ – in der kohlenstoffhaltige Abfälle, auch zusammen mit land- und forstwirtschaftlichen Abfällen  vergast werden. Der Kern der neuen Technik ist ein Reaktor, in dem die kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffe mit Sauerstoff O₂ und Wasserdampf H₂O unter Wärmeentwicklung bei Temperaturen von über 1.000°C chemisch umgewandelt werden. Das aus dem Kohlenstoff C, englisch Carbon, entstehende Synthesegas enthält neben Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H₂ auch Kohlendioxid CO₂. Durch Hinzufügen von Wasserstoff H₂ kann dieses sonst abgetrennte CO₂ auch für chemischen Synthesen nutzbar gemacht, das heißt, in chemische Produkte umgewandelt werden. Das ist ein großer Standortvorteil für Leuna, zumal dort eine Elektrolyseplattform entsteht, bei der „grüner“ Wasserstoff H₂ und „grüner“ Sauerstoff O₂ unter Einsatz von „grünem“ Strom aus erneuerbaren Energien klimaneutral erzeugt werden.

Die „Carbontrans“-Anlage könnte jährlich bis zu 35.000 Tonnen kohlenstoffhaltiger Abfälle verarbeiten. Die entstehenden 10.000 Tonnen Synthesegas (CO und H₂) ließen sich im Chemiepark Leuna direkt für die Erzeugung von Methanol einsetzen – oder  in einer Folgesynthese in Kraftstoffe umwandeln. Auch andere chemische Verbindungen könnten synthetisch hergestellt werden, etwa Ethanol oder Aceton. Nach einer Testphase lohne es sich, darüber nachzudenken, Tankstellen mit dem synthetischen Kraftstoff zu versorgen, meint Bernd Meyer. Unterstützung für das ambitionierte Projekt kommt von Sachsens und Sachsen-Anhalts Landesregierungen. Sachsen-Anhalt will 15 Millionen Euro zur Verfügung stellen, zusätzliche Mittel könnten aus strukturfördernden Mitteln kommen, ein Großteil auch vom Bund.

Alle arbeiten unter Hochdruck für das Projekt

Ende 2021 soll die Planungsphase für die Pilotanlage beendet sein. „Wir prüfen seit diesem Jahr die technische Machbarkeit sowie die Genehmigungsfähigkeit und beziffern die Kosten“, erklärt Bernd Meyer. Erteilt auch die Bundesregierung ihre Zustimmung, könnten die Planungen in drei Jahren abgeschlossen sein, sodass 2022 mit dem Bau eines Forschungsreaktors begonnen werden könnte, der Daten zum Betrieb liefert. Das ist die Herausforderung. „Die Anlagentechnik, die bisher für die Kohle genutzt wird, muss grundlegend überarbeitet werden“, so Bernd Meyer. Unter Hochdruck arbeiten alle Beteiligten am Konzept, sammeln Planungsgelder, um zu forschen, zu vergleichen und am Ende den wirklich nachhaltigen Weg zu finden, was auch bedeute, gesetzliche Rahmenbedingungen weiterzuentwickeln.

Weltweite Nachfrage für die Technologie

Die vielen Schritte von der Vision zur Realität schrecken Bernd Meyer nicht. Er sei stattdessen froh darüber, „die Erfahrungen früherer Forschungen mit neuer Technologie verknüpfen zu können“. In Freiberg arbeiten die Forscher nun daran, nachzuweisen, dass das qualitativ hochwertige Synthesegas entsteht und der effiziente, stabile Dauerbetrieb des Vergasungsreaktors möglich ist. Nach der Erprobungsphase könnte die neuartige Technologie 2024 in die Infrastruktur in Leuna eingesetzt werden und schließlich bei „Carbontrans“ in Betrieb gehen, sagt Bernd Meyer.

„Die Technologieplattform passt perfekt zum Chemieschwerpunkt in Sachsen-Anhalt, der Standort ist ideal für die Pilotanlage“, meint Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn, bis Oktober 2019 Leiter des Fraunhofer IMWS und jetzt Vorstand für Technologiemarketing und Geschäftsmodelle der Fraunhofer-Gesellschaft. Laufe die Plattform erfolgreich, könne sie auf industrielle Ausmaße hochskaliert werden. „Wir sehen eine große Nachfrage für diese Technologie auch in anderen Regionen, und zwar weltweit“, so Wehrspohn. Mit chinesischen und neuseeländischen Unternehmen würden bereits Gespräche laufen. Das Interesse an der deutschen Technologie sei groß, meint Bernd Meyer. „Wir sind zur richtigen Zeit am richtigen Ort.“