CO₂ als Rohstoff

Bei den Bestrebungen zum Klimaschutz stand lange Zeit vor allem der Energiesektor im Vordergrund. Dort kann in großen Teilen zukünftig auf fossile Energieträger und somit auf Kohlenstoff als Basis verzichtet werden – z. B. durch den Einsatz von Solar- und Windstrom in Kombination mit Elektroautos. Diese Entwicklung bezeichnet man daher als Dekarbonisierung. Ein wichtiger Teil insbesondere der Erdöl- und Erdgasressourcen wird allerdings auch in der chemischen Industrie zur Herstellung von verschiedensten Stoffen verwendet, angefangen bei Kunststoffen bis hin zu Vitaminen. Hier wird Kohlenstoff weiterhin zwingend benötigt, weil er Grundbaustein der meisten Chemikalien ist. Eine Dekarbonisierung kommt hier nicht in Frage, stattdessen müssen erneuerbare Kohlenstoffquellen erschlossen werden. Entsprechend aktueller Szenarien für ein treibhausgasneutrales Deutschland in 2050 spielen diese erneuerbaren Kohlenwasserstoffe eine zentrale Rolle für die Energiewende und übersteigen in der Zukunft den Strombedarf deutlich.

Bislang galt Pflanzen-Biomasse, die Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von Sonnenlicht aus der Luft fixiert, als einzige erneuerbare Kohlenstoffquelle. Unter anderem wegen der steigenden Weltbevölkerung wird die Konkurrenz um Ackerflächen und Biomasse in Zukunft vermutlich stark zunehmen. Zunehmend rücken daher neue Technologien in den Fokus, die Kohlenstoffdioxid (CO2) in nutzbare chemische Verbindungen umwandeln. Die CO2-Fixierung kann entweder über mikrobiologische Technologien (v.a. Algen) erfolgen oder über chemische und elektrochemische Prozesse. Die Abscheidung und Nutzung von CO2 als Rohstoff wird auch häufig mit den Begriffen Power-to-X / PtX / P2X (siehe Projekt „Kopernikus PtX“) oder CCU (carbon capture and utilisation) zusammengefasst. Dafür werden in aktuellen Forschungsprojekten Möglichkeiten untersucht, wie CO2 aus Abgasen bereitgestellt werden kann, das z. B. in industriellen Prozessen (u.a. Kraftwerk, Zementwerk, Stahlwerk) anfällt, oder bei der Biomassekonversion freigesetzt wird (Biogas-Anlage, fermentative Prozesse). Ebenso ist eine Gewinnung von CO2 aus der Atmosphäre eine Option, die sich in der Entwicklung befindet.

Derzeit werden sowohl in der Forschung als auch in der Politik wichtige Weichen für den Aufbau einer CO2-basierten Industrie gestellt. Die frühzeitige Begleitforschung im Sinne der ökobilanziellen Betrachtung und der Nachhaltigkeitsbewertung ist dabei essenziell, um verschiedene mögliche Richtungen gegeneinander abzuwägen, eine nachhaltige Entwicklung zu gewährleisten und ungewollte Beeinträchtigungen für Mensch und Natur zu vermeiden.

Das ifeu verfügt über eine große Expertise auf den Gebieten der Ökobilanzierung und der integrierten Nachhaltigkeitsbewertung und begleitet seit über zwei Jahrzehnten Projekte zu Prozessen, bei denen CO2 in großen Mengen anfällt (industrielle Prozesse sowie Biomassekonversion), oder bei denen CO2 zukünftig nutzbar gemacht werden soll. Darüber hinaus beraten wir Entscheidungsträger in Wirtschaft und Politik, z. B. zu Ökobilanz-methodischen Fragestellungen bei der CO2-Abtrennung, -aufbereitung und -nutzung.

Projekte

CO2 in der Luft

Kriterien für die Herstellung von nachhaltigem PtL für den Flugverkehr

Ableitung und Definition von Durchführungskriterien für die Erzeugung oder Beschaffung von nachhaltigem Strom und CO2 als Rohstoff für die PtL-Erzeugung für den Flugverkehr

Wie nachhaltig sind flüssige Power-to-Liquid-Kraftstoffe (PtL) für den Flugverkehr? Dieses Projekt definiert Kriterien für die Erzeugung und Beschaffung von PtL für die Luftfahrt.

SYSEET – Systemvergleich speicherbarer Energieträger aus erneuerbaren Energien

Um die Wirtschaft bis 2050 zu dekarbonisieren, ist voraussichtlich der Einsatz synthetischer Energieträger auf Basis erneuerbarer Energien notwendig. Das Projekt SYSEET untersucht, welche…

Fuels from electricity (eForFuel)

eForFuel entwickelt eine industrielle Biotechnologie-Lösung, die Strom und Mikroorganismen nutzt, um CO2 in synthetische Kraftstoffe auf Kohlenwasserstoff-Basis umzuwandeln und so einen nachhaltigen…

Carbo.Methan

Um den Verkehrssektor zukünftig nachhaltiger zu gestalten, spielen Power-to-X-Verfahren eine wesentliche Rolle. Das vorliegende Projekt untersucht, welchen CO2-Fußabdruck das Powert-to-Gas-Verfahren…

Methodische Handreichung CO2-Bilanzierung

Die erarbeitete methodische Handreichung stellt Standards zusammen und legt zur Berechnung von Carbon Footprints von Produkten aus CO2 spezifische Methodenvorschläge für schwierige Fragen vor. Der…

CO2 in der Luft

CORAL

Das Forscherteam des Projekts „CORAL“ gewinnt mit modernster Prozesstechnik Kohlendioxid aus der Luft und stellt es als Rohstoff zur Verfügung. Ein anspruchsvolles Vorhaben, denn die Konzentration von…

Kopernikus-Projekt Power-to-X

Die „Energiewende“ ist eng an eine „Rohstoffwende“ geknüpft, weil bisher elektrische Energie hauptsächlich aus fossilen Rohstoffen unter Freisetzung von CO2 erzeugt wird. Diese Rohstoffe sind…

SUPRABIO

Das SUPRABIO-Projekt umfasst die Untersuchung, Entwicklung und Anwendung eines Toolkits bestehend aus neuartigen exemplarischen Prozessen, die auf eine Reihe von Bioraffineriekonzepten anwendbar sind.

PUFAChain

The value chain from microalgal diversity to PUFAs: technological, environmental and integrated sustainability assessments

Im Forschungsvorhaben „The Value Chain from Microalgae to PUFA“ (PUFAChain) steht die Isolierung gesundheitsfördernder Omega-3-Fettsäuren (DHA, EPA) aus Algenöl im Vorder­grund, was Fischöl ersetzen…

D-FACTORY: The Micro-Algae Biorefinery

Das Forschungsvorhaben „The Micro-Algae Biorefinery“ (D-FACTORY) verfolgt das Ziel, die bereits erprobte Kultivierung und Nutzung von Dunaliella-Algen zur Produktion von Nahrungsergänzungsmiteln…

BIOLYFE

Im BIOLYFE Projekt wurde sowohl eine Verbesserung von kritischen Prozessschritten erreicht, als auch erstmalig die Anwendung über die gesamte Wertschöpfungskette von der Rohstoffbeschaffung über die…

Publikationen

A. Ramirez Ramirez, A. El Khamlichi, G. Markowz, N. Rettenmaier, M. Baitz, G. Jungmeier, T. Bradley: LCA4CCU - Guidelines for Life Cycle Assessment of Carbon Capture and Utilisation. Report initiated and financially supported by the European Commission Directorate-General for Energy, 2020

T. Fröhlich, S. Blömer, D. Münter, L.-A. Brischke: CO2-Quellen für die PtX Herstellung in Deutschland – Technologien, Umweltwirkung, Verfügbarkeit. ifeu-paper 3/2019

S. Deutz, T. Fröhlich, J. Giegrich, A. Liebich, C. Merz, A. Schreiber, J. Sutter, P. Zapp: Darstellung unterschiedlicher methodischer Herangehensweisen zur Allokation von CO2 in der LCA. In: „Optionen für ein nachhaltiges Energiesystem mit Power-to-X-Technologien: Nachhaltigkeitseffekte, Potenziale, Entwicklungsmöglichkeiten“. 2. Roadmap des Kopernikus-Projektes „Power-to-X“: Flexible Nutzung erneuerbarer Ressourcen (P2X), DECHEMA, Frankfurt, 2019

H. Fehrenbach, A. Liebich, J. Harth, N. Abdallah, A. Detzel, B. Simon, T. Fröhlich: Bilanzierung von CO2 für Prozesse in der chemischen Industrie - Eine methodische Handreichung, in „Abschlussbericht zur Fördermaßnahme CO2Plus“, DECHEMA, Frankfurt, 2017

G. Reinhardt, C. Cornelius: Sustainability of PUFAs from microalgae – an integrated assessment approach. Applied Energy, 2014

G. Reinhardt: Wie grün sind Algen? Ein Überblick aus Nachhaltigkeitssicht (How green are algae? Assessing sustainable development of algae production). Proceedings of the

„1. Bioökonomie-Kongress Baden-Württemberg“, Stuttgart, Germany, 29-30 October 2014

G. Reinhardt, C. Cornelius: Algal biomass use: an integrated assessment of its sustainability with LCA as starting point. Proceedings of the Algae Biomass Summit 2014, San Diego, USA, 29 September – 3 October 2014

P.J. Harvey, G. Reinhardt and 17 co-authors: The CO2 Microalgae Biorefinery: High value products from low value wastes using halophylic microalgae in the D-Factory. Part 1: Tackling cell harvesting. Proceedings of „22nd European Biomass Conference and Exhibition“, Hamburg, Germany, June 23 – 26, 2014

G. Reinhardt: Conclusive Sustainability Assessment of Algal Biomass Pathways through Considerable Extension of LCA Application. 22nd EU BC&E Algae event, Hamburg, Germany, 25 June 2014

G. Reinhardt: How to extend an LCA of algal biomass pathways to a conclusive sustainability analysis. Proceedings of the „4th International Conference on Algal Biomass, Biofuels & Biomaterials“, Santa Fe, USA, June 15 – 18, 2014

A. Kryvenda, S. Durm, G. Reinhardt, T. Friedl: The PUFAChain project: a value chain from algal biomass to lipid-based products. Proceedings of the “7. Bundesalgen­stammtisch”, Köthen, 3-4 June, 2014

G. Reinhardt: PUFAChain: the value chain from microalgal diversity to PUFAs: technological, environmental and integrated sustainability assessments. Proceedings of the 2nd European Workshop „Life Cycle Analysis of Algal based Biofuels and Biomaterials“, Brussels, 24 April 2014

P.J. Harvey, G. Reinhardt and 14 co-authors: Glycerol production by halophytic microalgae strategy for producing industrial quantities in saline water. Proceedings of the „20th EU Biomass Conference & Exhibition“, June 18 – 22, 2012, Milan, Italy, pp 85-90, 2012

P.J. Harvey, G. Reinhardt and 12 co-authors: Glycerol Production by Novel Strains of Dunaliella and Asteromonas: Basis for producing industrial quantities of glycerol in highly saline water. Proceedings of the „20th EU Biomass Conference and Exhibition”, Milan, Italy, June 18-22, 2012