Geld verdienen mit CO2: Bietet der Klimawandel ökonomische Chancen?

Seit dem 1. Januar 2021 werden die CO₂-Emissionen aus der Verbrennung fossiler Kraftstoffe bepreist. Damit wirkt sich der Klimawandel direkt nachteilig auf die produzierende Industrie aus: Höhere Kosten in Produktionsprozessen, in denen fossile Brennstoffe genutzt werden, limitieren zukünftig vermehrt deren Wirtschaftlichkeit. Können die mit der Bepreisung von CO₂-Emissionen verbundenen Kosten für Unternehmen gesenkt werden? Kann der Ausstoß von CO₂ durch innovative und biointelligente Prozesse oder Prozessketten reduziert und dabei Geld verdient werden?

Die Antwort auf alle diese Fragen ist: Ja!

Wenn es um Kohlenstoffdioxid, kurz CO₂, geht, wird meist vom Klimakiller gesprochen. Was wäre aber, wenn CO₂ ein wertvoller Rohstoff wäre? Eine nahezu unbegrenzte Ressource, die global gleich verteilt vorliegt und auch aus Abgasströmen industrieller Verbrennungsprozesse und aus weiteren sogenannten Punktquellen (Quellen von Gasströmen mit hohem CO₂-Gehalt) gewonnen werden kann. Eine sicherere Rohstoffquelle kann aus Sicht eines produzierenden Unternehmens kaum existieren.

Kohlenstoffdioxid: Rohstoff aus Atmosphäre und Abgasströmen

Der Haken: Als Endprodukt der Energiegewinnung durch Verbrennung ist CO₂ energiearm. Um CO₂ nutzbar zu machen, muss Energie zugeführt werden. Das kostet Geld. Weiterhin ist die CO₂-Konzentration in der Luft trotz des drastischen Anstiegs der letzten Jahrzehnte mit rund 0,04 Prozent im Verhältnis zu den anderen Bestandteilen der Luft gering. Die Aufkonzentrierung vor einer Nutzung ist unvermeidlich. Die Technologie, atmosphärisches CO₂ verfügbar zu machen, indem es aus der Luft gefiltert wird, existiert heute schon in Form von Luft-Wäschern der Schweizer Firma Climeworks. Auch das erfordert Know-how und kostet viel Energie und letztendlich viel Geld.

Anders sieht es bei Abgasströmen aus, die natürlicherweise eine erhöhte CO₂-Konzentration aufweisen, wie beispielsweise in der Zement- und Stahlindustrie. Diese Punktquellen, wie sie in der produzierenden Industrie in der Regel vorkommen, bieten die Möglichkeit, CO₂ nicht als Abfallprodukt, sondern als Zwischenprodukt in einer integrierten Wertschöpfungskette zu betrachten: Aus dem problematischen Abfallprodukt des einen Prozesses wird der Rohstoff für eine erneute Wertschöpfung.

Emissionen senken und gleichzeitig CO₂ als Wertstoff für die Chemiebranche nutzen

Eine solche Verwertung bei steigenden Bepreisungen von CO₂ in den kommenden Jahren auf nationaler als auch auf europäischer Ebene lässt gleich zwei ökonomische Hebel zu:

• Zum einen kann durch aktives Absenken der CO₂-Emissionen bares Geld gespart werden.
• Zum anderen kann CO₂ in chemische Wertprodukte und Plattformchemikalien überführt und somit einer kommerziellen Verwertung zugeführt werden.

Derartige CO₂-basierte Technologien ermöglichen die Etablierung von ökonomisch tragfähigen und nachhaltigen Prozessen. Ein Vorreiter in der Entwicklung solcher Technologiekonzepte ist das neuseeländische Unternehmen Lanzatech. Zunächst wird Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoff (H₂) zu Kohlenmonoxid umgesetzt. Das resultierende Synthesegas, eine Mischung aus CO und H₂ wird von acetogenen Mikroorganismen in einer Gasfermentation zu Acetat und Ethanol umgesetzt. Allerdings ist die Gasfermentation aus mikrobiologischer und verfahrenstechnischer Sicht noch limitiert.

Auf dem Laufenden bleiben mit der Blog-Reihe »Geld verdienen mit CO₂«

Doch welche weiteren Alternativen gibt es, die energiearme Verbindung CO₂ einem Kreislauf zuzuführen? Welche Technologien existieren bereits heute, um eine Wertschöpfung aus CO₂ in einer klimafreundlichen Wirtschaft zu etablieren? Bisherige Technologien umfassen das Power-to-X-Konzept, in dem energiereiche chemische Verbindungen mittels Überschussstrom als Energiespeicher hergestellt werden. Beispielsweise haben unsere Kolleginnen und Kollegen am Fraunhofer IGB, zumeist in Zusammenarbeit mit anderen Fraunhofer-Instituten oder Firmen, erfolgreich die Synthese von Ethen, Ameisensäure oder Methanol demonstriert.

Am Fraunhofer IGB gehen wir aber noch einen Schritt weiter. Es zeichnen sich nun interdisziplinäre Forschungserfolge ab, in denen wir technologische Ansätze aus der katalytischen Chemie und der Biotechnologie im Sinne der Biointelligenz gewinnbringend miteinander verknüpfen. Wir können zum Beispiel mit Hilfe von Mikroorganismen aus CO₂ hergestellte Ameisensäure in Fermentationsprozessen weiterverarbeiten. Solche Prozesskaskaden sind eine Erweiterung des Power-to-X-Konzepts und wir beschreiben sie als Power-to-X-to-Y-Verfahren. Durch diese Verfahren lassen sich Syntheserouten für einen weiten Bereich chemischer Produkte mit hoher Wertschöpfung entwickeln, basierend auf der Nutzung von Kohlenstoffdioxid als Rohstoff. Auf diese Weise wird der dringend gesuchte Weg in ein Zeitalter der Unabhängigkeit von fossilen Ressourcen geebnet.

Wie dieser Weg aussehen kann, welche Prozesse und Prozessketten dahinterstehen und was für Technologien existieren und noch benötigt werden, wird die Blog-Reihe »Geld verdienen mit CO₂« untersuchen.