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Rheticus-Projekt Spezialchemie aus Abgas: Wie Evonik und Siemens CO2 zum Rohstoff machen wollen

Redakteur: Dominik Stephan

Ein Elektronik-Riese und ein Spezialchemie-Konzern wollen bei der Abgas-Chemie gemeinsame Sache machen: Evonik und Siemens starten mit dem Rheticus-Projekt in eine zweijährige Forschungsphase. Eine erste Versuchsanlage könnte schon 2021 folgen. Und das Potenzial ist immens…

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In einer Fermentation – hier im Labormaßstab – verwandeln spezielle Bakterien CO-haltige Gase durch Stoffwechselprozesse in wertvolle Chemikalien.
In einer Fermentation – hier im Labormaßstab – verwandeln spezielle Bakterien CO-haltige Gase durch Stoffwechselprozesse in wertvolle Chemikalien.
(Bild: Evonik)

Essen – Es ist nicht weniger als ein uralter Traum der Chemiker: Die künstliche Photosynthese. Gelänge es, aus Kohlendioxid und Wasser wertvolle Kohlenwasserstoffe zu gewinnen, wäre eine ganz neue Form der Kreislaufwirtschaft unabhängig von fossilen Rohstoffen möglich. Jetzt schicken sich Siemens und Evonik an, zu zeigen, dass ein derartiges Verfahren technisch möglich wäre. Im gemeinsamen Forschungsprojekt Rheticus wollen die beiden Unternehmen Elektrolyse- und Fermentationsprozesse entwickeln, die Kohlendioxid (CO2) in Spezialchemikalien umwandeln können. Die Energie für die Aufspaltung des extrem reaktionsträgen Abgas-Moleküls soll dabei aus erneuerbaren Quellen kommen, erklärten die Verantwortlichen. Anders wäre die Abgas-Chemie auch kaum nachhaltig zu gestalten.

„Wir entwickeln eine Plattform, mit der chemische Produkte wesentlich günstiger und umweltfreundlicher als heute produziert werden können“, sagt Dr. Günter Schmid, technischer Verantwortlicher bei Siemens Corporate Technology. Im Gegensatz zu anderen Projekten zur stofflichen Nutzung von CO2 wie „Dream Production“ oder „Carbon2Chem“ (PROCESS berichtete) setzen Evonik und Siemens bei Rheticus auf eine Kombination von Elektrolyse- und Fermentationsprozessen, erklärten die beteiligten Unternehmen. Dabei soll zunächst Kohlendioxid und Wasser mit Strom in Wasserstoff und Kohlenmonoxid (CO) umgewandelt werden – den entsprechenden Elektrolyse-Prozess steuert der Elektrogigant Siemens bei.

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Evonik bringt in die Partnerschaft das Wissen um Fermentationsprozesse ein – immerhin ist Kohlenmonoxid für zahlreiche Mikroorganismen im wahrsten Sinne des Wortes ein „gefundenes Fressen“. In den vergangenen Jahren haben zahlreiche Wissenschaftler in aller Welt an der biochemischen Herstellung von Butanol und Hexanol in einem CO-haltigen Syngas geforscht – und genau das sind die Zielmoleküle, die Evonik zur Herstellung begehrter Spezialchemikalien aus CO2 nutzen will.

"Künstliche Photosynthese ist machbar"

„Mit der Rheticus-Plattform wollen wir zeigen, dass künstliche Photosynthese machbar ist“, sagt Dr. Thomas Haas, verantwortlich für das Projekt der Creavis, der strategischen Innovationseinheit von Evonik. Künstliche Photosynthese meint, dass mit einer Kombination von chemischen und biologischen Schritten CO22 und Wasser in Chemikalien umgewandelt werden – ähnlich wie es Pflanzen mithilfe von Chlorophyll und Enzymen tun, um Glukose zu synthetisieren.

Wo steht die stoffliche Nutzung von CO2? Und welche Rolle spielt ein ganz besonderer Schaum dabei? In diesem Beitrag erfahren Sie mehr:

Und ähnlich wie in der Natur soll das Ganze möglichst klimaneutral ablaufen – was keineswegs einfach ist, ist doch CO2 extrem reaktionsträge und Energiearm. In der Elektrolyse-Zelle soll zunächst Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten werden, bevor der Wasserstoff mit dem Sauerstoff des Kohlendioxids reagiert. Und das natürlich mit „grünem“ Strom aus erneuerbaren Quellen.

Laststeuerung könnte Chemiewerk zum Puffer der Energiewende machen

Da sich solche Elektrolyse-Prozesse in einem gewissen Maße last-steuern lassen, eigne sich das Verfahren auch zur Netzstabilisierung oder Speicherung von „überschüssigem“ Ökostrom, erklären die Projekt-Verantwortlichen - ein Konzept das in der Chemie nicht nur auf Zustimmung stoßen dürfte. Rheticus steht im Zusammenhang mit der Kopernikus-Initiative für die Energiewende in Deutschland, die nach neuen Lösungen für den Umbau des Energiesystems sucht. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert Rheticus mit 2,8 Millionen Euro.

„Rheticus bündelt die Kompetenzen von Evonik und Siemens. Das Forschungsprojekt zeigt, wie wir die Power-to-X-Idee in die Anwendung bringen“, sagt Dr. Karl Eugen Huthmacher vom BMBF. Die Erzeugung von Chemikalien mithilfe von Strom ist dabei eine Idee des Power-to-X-Konzeptes, also der Erzeugung von Rohstoffen aus anorganischen Substanzen mittels erneuerbarer Energie. Als eine der vier Säulen der Kopernikus-Initiative soll es helfen, erneuerbare, elektrische Energie sinnvoll umzuwandeln und zu speichern. Zugleich trägt die Rheticus-Plattform dazu bei, die Kohlendioxidbelastung der Atmosphäre zu reduzieren, da das CO2 als Rohstoff verwendet wird. So würde beispielsweise die konventionelle Herstellung von einer Tonne Butanol drei Tonnen Kohlendioxid benötigen.

So soll die Abgas-Chemie Wirklichkeit werden:

Rheticus soll den Sprung aus dem Labor schaffen

Nun sollen zunächst die zugrunde liegenden Verfahren aus dem Labormaßstab in einer technischen Versuchsanlage zusammengeführt werden, erklärt Evonik. Diese soll bereits 2021 am Evonik-Standort Marl in Betrieb gehen. Erste Anlagen im Produktionsmaßstab (ca. 20.000 t/a) sollen folgen, wobei das Rheticus-Konzept auf modularen Produktionseinheiten aufbauen soll, die die chemische Industrie flexibel an lokale Gegebenheiten anpassen können soll.

Sie könnten künftig überall dort installiert werden, wo CO2 vorhanden ist – etwa aus Kraftwerksabgasen oder Biogas, erklärt Siemens-Technologie-Experte Schmid. „Wir setzen darauf, dass auch andere Firmen die Plattform nutzen und mit eigenen Modulen zur Herstellung ihrer chemischen Produkte verknüpfen.“

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Modular und flexibel

„Der modulare Charakter und die Flexibilität hinsichtlich Standort, Rohstoffquellen und den hergestellten Produkten machen die neue Plattform insbesondere für die Spezialchemie attraktiv“, ergänzt Creavis-Leiter Haas. Denkbar sei auch die Herstellung von anderen Spezialchemikalien oder Treibstoffen. Beteiligt sind rund 20 Wissenschaftler beider Unternehmen.

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