Artikel von Erika Bellmann

Rohstoff für die klimaneutrale Industrie

Wenn im Hochofen Eisen entsteht, laufen chemische Reaktionen ab. Der Kohlenstoff aus dem Koks wird dabei nicht allein zwecks Energiegewinnung verbrannt, sondern reagiert chemisch mit den Bestandteilen des Eisenerzes und bewirkt die Stoffumwandlung. Die Klimawirkung dieser Übung ist derzeit verheerend. Die Herstellung von Eisen und Stahl verursachte vor Corona knapp ein Fünftel der klimaschädlichen Industrieemissionen in Deutschland. Um eine klimaschonende Stahlherstellung zu bewirken, reichen Energieeffizienz und verstärkter Ausbau erneuerbarer Energien nicht aus, denn es geht nicht nur um den Energieverbrauch, sondern um die eingesetzten Stoffe und ihre chemischen Eigenschaften.

Noch dringlicher stellt sich die Rohstofffrage in der chemischen Industrie. Hier ist derzeit Erdöl das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Ethylen. Ethylen kann man sich vorstellen als den universellen Lego-Block der Chemie. Aus ihm und seinen Varianten wird in Folgeprozessen die große Vielfalt der Produkte der chemischen Industrie aufgebaut. Bleibt es bei dem Grundbaustein Ethylen und seiner erdölbasierten Herstellung, so werden auch die klimaschädlichen Emissionen der chemischen Industrie nicht in Einklang mit den Zielen des Pariser Klimaschutzabkommens auf null sinken können. Klimaschutz in der chemischen Industrie benötigt nicht nur erneuerbare Energien, sondern vordringlich eine neue klimaneutrale Rohstoffbasis.

Wie kann Wasserstoff als klimaneutraler Rohstoff eingesetzt werden?

Der besondere Wert von Wasserstoff besteht darin, dass er zu einem solchen neuen, klimaneutralen Rohstoff werden kann. In der Stahlindustrie kann der Hochofen durch einen neuen Prozess, die Direktreduktion, ersetzt werden. Statt mit Koks läuft dieser Prozess mit Erdgas, was allein schon circa 60 Prozent der Emissionen der Stahlherstellung einsparen würde. Betreibt man die Direktreduktion mit einer Mischung von Erdgas und Wasserstoff oder mit reinem Wasserstoff, sinken Emissionen weiter, im Fall des reinen Wasserstoffs bis auf null.

Die chemische Industrie wird vermutlich auf drei verschiedene Rohstoffquellen zurückgreifen müssen, um Erdöl kostengünstig und nachhaltig zu ersetzen: Biomasse, chemisches Recycling und das Carbon Capture and Utilization (CCU). CCU beinhaltet das Auffangen von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Atmosphäre und seine Verwendung zur Herstellung von chemischen Grundstoffen. Dabei spielt der Wasserstoff eine entscheidende Rolle. Der Wasserstoff muss mit Kohlenstoffdioxid chemisch reagieren, um die chemischen Verbindungen zu bilden, die das erdölbasierte Ethylen ersetzen. Wegen der begrenzten Verfügbarkeit von nachhaltig erzeugter Biomasse, kommt den CCU-Verfahren, und damit der Wasserstoffnutzung, in der erdölfreien chemischen Industrie der Zukunft eine Schlüsselrolle zu.

"Damit der Wasserstoff seine Rolle als klimaneutraler Rohstoff spielen kann, müssen neue klimaneutrale Verfahren zu seiner Herstellung etabliert werden. [...] Die Mengenverfügbarkeit wird darüber entscheiden, ob die klimaneutralen wasserstoffbasierten Prozesse hier in Deutschland ablaufen können oder in andere Länder mit einer gegebenenfalls höheren Wasserstoffverfügbarkeit ausweichen müssen."

Erika Bellmann

Welche Kriterien muss der Wasserstoff dabei erfüllen?

Die Grundvoraussetzung für den Einsatz des Wasserstoffs in diesen neuen Anwendungen ist seine klimaneutrale Herstellung. Der heutige Wasserstoff ist nicht geeignet, denn er wird in einem emissionsintensiven Verfahren aus Erdgas hergestellt. Damit der Wasserstoff seine Rolle als klimaneutraler Rohstoff spielen kann, müssen neue klimaneutrale Verfahren zu seiner Herstellung etabliert werden.

Weil der heutige Wasserstoff sowohl wesentlich teurer als auch wesentlich klimaschädlicher ist als Erdgas, wird er auch nur vergleichsweise wenig genutzt. Lediglich 56 Terrawattstunden pro Jahr werden derzeit in Deutschland eingesetzt. In einem klimaneutralen Deutschland wird sich diese Menge vervielfachen. Auch bei massiven Fortschritten bei Energieeffizienz und Kreislaufwirtschaft muss man für Klimaneutralität von etwa einer Verzehnfachung des Bedarfs ausgehen. Die Mengenverfügbarkeit wird darüber entscheiden, ob die klimaneutralen wasserstoffbasierten Prozesse hier in Deutschland ablaufen können oder in andere Länder mit einer gegebenenfalls höheren Wasserstoffverfügbarkeit ausweichen müssen.

Schließlich bedeutet die Notwendigkeit, Klimaneutralität der Wirtschaft und Gesellschaft spätestens 2050 zu erreichen: Die Zeit drängt. Sowohl die Stahlherstellung als auch die Grundstoffchemie erfolgen in großen, kapitalintensiven und langlebigen Anlagen. Streng genommen muss heute schon gewährleistet sein, dass klimaneutraler Wasserstoff in hinreichender Menge zuverlässig vorhanden sein wird, damit die Investitionsentscheidungen für neue wasserstoffbasierte Anlagen in der Stahl- und Chemieindustrie rechtzeitig getroffen werden können.

Die politischen Rahmenbedingungen müssen die Klimaneutralität der Herstellung und die Mengenverfügbarkeit des Wasserstoffs schnellstmöglich sichern. Nur so kann der Wasserstoff als klimaneutraler Rohstoff seinen vollen Beitrag zum Klimaschutz leisten.