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Nachhaltigkeit
Neue Technologien
Basischemikalien wie Wasserstoff oder Methanol sind für rund 70 Prozent der Treibhausgasemissionen der Chemieindustrie in Europa verantwortlich – doch sie sind unverzichtbarer Startpunkt für all die innovativen Produkte, die Klimaschutz für unsere Kunden ermöglichen und unseren Alltag erleichtern. Deshalb stehen sie im Fokus unserer Forschung.
Zu den wichtigsten klimafreundlichen Technologien, an denen BASF mit Hochdruck arbeitet, gehören der elektrisch betriebene Steamcracker-Ofen zur Produktion von Basischemikalien, die Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff wie die Methanpyrolyse und die Wasser-Elektrolyse. Sauberer Wasserstoff ist ein Schlüssel für das Gelingen der Transformation hin zu klimafreundlicher Chemie, Mobilität und klimafreundlichem Heizen. Weiterhin forschen wir an CO2-Speicherungsprozessen und haben ein Verfahren entwickelt, um Methanol ohne Treibhausgasemissionen herzustellen.
Unsere wichtigsten neuen Technologien:
Elektrisch beheizt: Steamcracker-Ofen
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Die größten CO2-Quellen in der chemischen Industrie sind fossile Brennstoffe, denn Chemie braucht Energie. Um Rohbenzin zur Weiterverarbeitung in Olefine und Aromaten aufzuspalten, benötigen die Steamcracker der BASF eine Temperatur von 850°C. Bisher werden die Spaltöfen der Cracker fossil befeuert, also mit Erdgas betrieben.
Wenn wir diese Spaltöfen stattdessen mit Strom aus erneuerbaren Quellen betreiben, wäre eine CO2-Ersparnis um mindestens 90 % im Vergleich zu herkömmlichen Technologien möglich.
Zwei Arten von Widerstandsheizungen
Im September 2022 haben BASF, SABIC und Linde mit dem Bau der weltweit ersten Demonstrationsanlage für großtechnische elektrisch beheizte Steamcracker-Öfen begonnen. Durch die Nutzung von Strom aus erneuerbarer Energie anstelle von Erdgas hat die neue Technologie das Potenzial, die CO2-Emissionen eines der energie-intensivsten Produktionsprozesse der chemischen Industrie, um mindestens 90 % im Vergleich zu herkömmlichen Technologien zu reduzieren.
Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Förderprogramms „Dekarbonisierung in der Industrie“ gefördert, um die Entwicklung der neuartigen Ofentechnologie zu unterstützen. Das Programm unterstützt energieintensive Industrien in Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität. Zudem wird das Projekt von der Europäischen Union gefördert.
Die Demonstrationsanlage wird vollständig in einen der bestehenden Steamcracker am Verbundstandort der BASF in Ludwigshafen integriert. Sie wird zwei unterschiedliche Heizkonzepte testen, pro Stunde rund 4 Tonnen Kohlenwasserstoffe verarbeiten und 6 Megawatt erneuerbare Energie verbrauchen. Die Inbetriebnahme der Demonstrationsanlage ist für 2023 geplant.
Die Mission von BASF ist Klimaneutralität und die Elektrifizierung des sehr energieintensiven Steamcrackers ist ein wichtiger Meilenstein auf unserer Transformationsreise hin zu Netto-Null-CO2-Emissionen. Wir sind stolz darauf, dass BASF eine Projektförderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz erhalten hat. Das verdeutlicht, dass unser Ansatz auch von der Politik unterstützt wird.“
Klimaneutralität mit sauberem Wasserstoff
Für BASF ist der Einsatz von sauberem Wasserstoff ein zentrales Element, um die Treibhausgasemissionen zu reduzieren. In Europa ist BASF beispielsweise einer der größten Wasserstoffhersteller. Allein in unserem Stammwerk in Ludwigshafen produzieren wir rund 250.000 Tonnen Wasserstoff pro Jahr. Das Gas ist ein zentraler und unersetzlicher Rohstoff für wichtige Produkte wie Ammoniak und steckt in vielen Verbrauchsprodukten vom Kaugummi bis zu Kunststoffen. Wasserstoff wird meist aus Kohlenwasserstoffen wie Erdgas mittels Dampfreformierung erzeugt, was mit hohen CO2-Emissionen einhergeht (etwa 9 bis 10 Tonnen CO2 je Tonne Wasserstoff). Damit gehört die Wasserstoffproduktion mit zu den größten CO2-Emittenten in der Chemieindustrie.
Um in Zukunft Wasserstoff CO2-frei herzustellen, setzt BASF parallel auf zwei Verfahren: die kommerziell verfügbare Wasser-Elektrolyse und die Methanpyrolyse, für die BASF eine neue Prozesstechnologie entwickelt. Um die CO2-freie Wasserstoffproduktion weiter auszubauen, muss ausreichend Strom auf Basis erneuerbarer Energie verfügbar sein.
Während in der Chemieindustrie Wasserstoff stofflich verwertet wird, kann er in anderen Anwendungsbereichen als Energieträger (Mobilität, Gebäudeheizung) eingesetzt werden. Da emissionsarmer Wasserstoff knapp ist, braucht es eine Priorisierung des Gases für die Bereiche, in denen sein Einsatz essenziell ist.
Sauberer Wasserstoff: Methanpyrolyse
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Die chemische Industrie benötigt große Mengen Wasserstoff. Als Reaktionspartner verwendet ihn BASF zum Beispiel in der Ammoniaksynthese. Da Wasserstoff als Energieträger und Energiespeicher für viele nachhaltige Anwendungen der Zukunft unverzichtbar ist, wird seine Bedeutung weiter zunehmen.
Die Dampfreformierung ist zurzeit das bedeutendste großindustrielle Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas oder Kohle. Dieses Verfahren setzt allerdings erhebliche Mengen an CO2-frei.
Für die emissionsfreie Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas entwickelt BASF im Rahmen des Carbon Management F&E Programms gemeinsam mit Kooperationspartnern in einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt die Technologie der Methanpyrolyse. Dabei wird Methan oder Erdgas, das vor allem Methan enthält, direkt in die Bestandteile Wasserstoff und festen Kohlenstoff gespalten. Im Vergleich zu anderen Verfahren für die emissionsfreie Wasserstoffherstellung benötigt die Methanpyrolyse nur knapp ein Fünftel der elektrischen Energie. Kommt dabei Strom aus erneuerbaren Quellen zum Einsatz, ist das Verfahren selbst CO2-frei. Der Bau einer Versuchsanlage in Ludwigshafen ist abgeschlossen und die Inbetriebnahme läuft derzeit.
Wir arbeiten mit Hochdruck an der Methanpyrolyse, denn es braucht realisierbare Lösungen für sauberen Wasserstoff. Es ist für uns eine besondere Herausforderung, dass wir diesen Weg zu einer CO2-armen Chemie mitgestalten können.“
Noch offen ist bisher, wie der anfallende granulare Kohlenstoff aus unserer Pyrolyse genutzt werden wird. Generell gibt es zahlreiche Absatzmärkte für festen Kohlenstoff, insbesondere für hochreinen Kohlenstoff, beispielsweise die Aluminium- oder Stahlindustrie.
Eine Lagerung ist grundsätzlich auch denkbar, denn unser Pyrolyse-Kohlenstoff ist kein Gefahrstoff und stabil lagerbar. Die verschiedenen Ansätze werden im laufenden Projekt untersucht.
Methanpyrolyse: Der lange Weg zur Großanlage
CO2-freie Wasserstoff-Herstellung: Wasserelektrolyse
Klimafreundlicher Wasserstoff spielt bei der Transformation der chemischen Industrie hin zur Klimaneutralität eine wichtige Rolle. BASF ist technologieoffen und setzt auf verschiedene Wasserstofftechnologien, um in Zukunft klimafreundlichen Wasserstoff aus Strom aus erneuerbaren Quellen herzustellen. Neben der Methanpyrolyse ist dies die Wasserelektrolyse.
Bei der Wasserelektrolyse wird Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Da die Energie hier durch Strom und nicht durch einen Oxidationsprozess, also einer Verbrennung, eingebracht wird, ist der Stromverbrauch hoch.
In Zusammenarbeit mit Siemens Energy ist geplant, eine Wasserelektrolyse am Standort Ludwigshafen mit einer Leistung von 54 Megawatt zu bauen und in das Verbundsystem zu integrieren. BASF hat sich für eine Förderung beim Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) beworben. Der klimafreundliche Wasserstoff wird als Rohstoff zur Herstellung von Produkten mit einem niedrigen CO2-Fußbadruck eingesetzt werden. Zudem soll er in geringerem Umfang der Metropolregion Rhein-Neckar für regionale Mobilitätskonzepte genutzt werden.
Speichertechnologien für CO2
Wir haben das Ziel, CO2-Emissionen erst gar nicht entstehen zu lassen. Ist dies nicht möglich, wollen wir aber auch den Einsatz von Speicherverfahren für CO2 prüfen. Am Standort Antwerpen plant BASF die Beteiligung an einem der größten Projekte zur Speicherung von CO2 unter der Nordsee (Carbon Capture and Storage, CCS). Zusammen mit Partnern des Konsortiums „Antwerp@C“ bietet das die Möglichkeit, die Emission von über 1 Million Tonnen CO2 pro Jahr aus der Produktion von Basischemikalien zu vermeiden. Eine endgültige Investitionsentscheidung soll 2022 fallen.
Lesen Sie hier die Pressemittleilung über das gemeinsame CCS-Projekt von BASF und AirLiquide
Emissionsfreie Herstellung: Methanol
Methanol ist ein wichtiger Ausgangsstoff für viele Produkte von BASF. Im Rahmen des Carbon Management F&E Programms arbeiten BASF-Forscher nun an einem neuen klimafreundlichen Verfahren zur Herstellung dieser wichtigen Basischemikalie. Ziel ist es, den Ausstoß von CO2 nicht nur zu senken, sondern über den gesamten Prozess kein CO2 zu emittieren. Die Verfahrensentwicklung im Rahmen des Carbon Management F&E Programms ist abgeschlossen und BASF prüft derzeit alle Nutzungsoptionen.
Das Verfahren
Im neuen Verfahren der BASF wird das Synthesegas durch eine partielle Oxidation von Erdgas erzeugt, die keine CO2-Emissionen verursacht. Während die Verfahrensschritte Methanolsynthese und Destillation nahezu unverändert übernommen werden konnten, war beim Zusammenführen und Verarbeiten der hier anfallenden Abgasströme Erfindergeist gefragt. Sie werden zunächst mit reinem Sauerstoff verbrannt. Durch eine Gaswäsche wird daraufhin das Rauchgas vollständig von CO2 befreit. Damit dessen Kohlenstoff nicht verloren geht, sondern erneut für die Methanolsynthese zur Verfügung steht, wird das aufgefangene CO2 zu Beginn des Prozesses wieder eingespeist. Als Ergänzung ist dabei allerdings zusätzlicher Wasserstoff erforderlich, der ebenfalls ohne CO2-Emissionen hergestellt sein sollte, also etwa durch die Methanpyrolyse, die auch im Forschungsprogramm entwickelt wird.