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Jan 15, 2024

Ein finnisches Unternehmen geht davon aus, dass es die CO2-Emissionen der Industrie um ein Drittel senken kann

Nur drei Branchen – Chemie, Stahl und Zement – ​​machen rund ein Fünftel aus

Nur drei Branchen – Chemie, Stahl und Zement – ​​sind für rund ein Fünftel aller vom Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen verantwortlich (siehe Grafik). Diese Branchen sind nicht nur große Umweltverschmutzer, sie sind auch schwer zu reinigen. Das liegt daran, dass alle drei auf chemischen Prozessen beruhen, die nur bei sehr hohen Temperaturen ablaufen können. Herkömmliche elektrische Heizsysteme können, wenn sie von CO2-armen Kraftwerken gespeist werden, Temperaturen von mehreren hundert Grad liefern. Das ist für viele Arten der Fertigung gut genug – aber nicht für alle.

Die Gewinnung von Eisen aus seinem Erz ist beispielsweise der erste Schritt bei der Stahlherstellung. In den dafür verwendeten Öfen können Temperaturen von über 1.600 °C herrschen. Zementöfen, die Kalkstein in Klinker, einen der Rohstoffe für Zement, umwandeln, können Temperaturen von bis zu 1.400 °C erreichen. Da es für einige industrielle Prozesse schwierig oder unmöglich ist, solche Temperaturen allein mit Strom zu erzeugen, greifen Unternehmen auf fossile Brennstoffe zurück.

Umweltbewusste Unternehmen haben nach Alternativen gesucht. Wasserstoff kann beispielsweise durch die Aufspaltung von Wasser in seine Bestandteile hergestellt werden. Wenn dies mit sauberer Energie geschieht, kann das Gas als CO2-freier Kraftstoff verbrannt werden. Eine andere Möglichkeit könnte darin bestehen, bei fossilen Brennstoffen zu bleiben, aber das von ihnen erzeugte Kohlendioxid aufzufangen und zu vergraben, eine Idee, die als Kohlenstoffabscheidung und -speicherung bekannt ist. Aber beide Technologien sind noch im Entstehen begriffen und würden den Aufbau einer großen Menge neuer Infrastruktur erfordern, die noch nicht existiert.

Auf dem Brightlands Campus, einem staatlich und von der Industrie geförderten Innovationszentrum in der Nähe von Maastricht in den Niederlanden, hofft ein finnisches Ingenieurbüro namens Coolbrook, dies zu ändern. Sein „RotoDynamic“-System ist darauf ausgelegt, genau die extrem hohen Temperaturen zu liefern, die die Schwerindustrie benötigt – und das bei ausschließlich elektrischem Antrieb.

Aufdrehen

Der einfachste Weg, sich Coolbrooks System vorzustellen, ist eine umgekehrte Gasturbine. Eine herkömmliche Gasturbine – wie sie in Kraftwerken oder Flugzeugtriebwerken verwendet wird – verbrennt fossilen Brennstoff, um ein heißes Hochdruckgas zu erzeugen, das Rotorblätter dreht. Diese Rotationsenergie kann verwendet werden, um einen schuberzeugenden Ventilator anzutreiben (wie in Düsenflugzeugen) oder in einem Generator in Elektrizität umgewandelt zu werden (wie in einem Kraftwerk).

Das neue System beginnt stattdessen mit einem Elektromotor. Der Motor dreht die Rotoren der Turbine. Anschließend wird der Turbine Gas oder Flüssigkeit zugeführt. Im Inneren beschleunigen die Rotoren das Zeug auf Überschallgeschwindigkeit und verlangsamen es dann wieder schnell. Durch die plötzliche Verzögerung wird die im beschleunigten Gas oder Fluid enthaltene kinetische Energie in Wärme umgewandelt. Wird der Motor mit Ökostrom betrieben, entsteht kein Kohlendioxid.

Der erste Test der Pilotanlage in Brightlands wird das Dampfcracken umfassen, einen der energieintensivsten Prozesse in petrochemischen Anlagen. Herkömmliche Cracker zerlegen Naphtha, einen Bestandteil von Rohöl, in kleinere Moleküle. Wie der Name schon sagt, geschieht dies durch Verdünnen des Naphthas mit Dampf und anschließendes Strahlen in einem Ofen unter Ausschluss von Sauerstoff.

Die Pilotanlage von Coolbrook wird stattdessen eine Mischung aus Naphtha und Dampf in die rotierende Turbine injizieren, die diese auf etwa 1.000 °C erhitzt. Dadurch soll das Naphtha in Stoffe wie Propylen und Ethylen zerlegt werden, die zur Herstellung von Kunststoffen verwendet werden. Die Hoffnung besteht darin, zu beweisen, dass es nicht nur möglich ist, Naphtha in einem elektrischen Reaktor zu spalten, sondern dass es sogar noch besser ist. Laborversuche haben gezeigt, dass die Erträge des elektrifizierten Prozesses deutlich höher sein könnten als die, die mit fossilen Brennstoffen erzielt werden können.

Vorausgesetzt, dass alles nach Plan verläuft, wird das System getestet, um Wärme für andere Industrieprozesse zu erzeugen. Joonas Rauramo, der Chef von Coolbrook, geht davon aus, dass die Heizung Temperaturen von bis zu 1.700 °C erreichen kann. Damit wäre es für eine Reihe energieintensiver Anwendungen geeignet, darunter die Produktion von Stahl, Zement, Glas und Keramik. Mehrere große Firmen haben sich als Partner für das Pilotprojekt angemeldet. Dazu gehören Shell, ein britisch-niederländisches Ölunternehmen, Braskem, ein in Brasilien ansässiger Chemieproduzent, und CEMEX, einer der größten Zementhersteller der Welt.

Elektrische Wärme wird nicht ausreichen, um die Kohlenstoffemissionen der Schwerindustrie vollständig zu beseitigen. Ein guter Teil entsteht nicht durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, sondern durch die Chemie der Prozesse. Etwa die Hälfte der Kohlendioxidemissionen bei der Zementherstellung beispielsweise stammen aus der Kalzinierung von Kalkstein zu Klinker.

Auch Unternehmen arbeiten an Möglichkeiten, diese Prozesse zu bereinigen. Herr Rauramo geht davon aus, dass die Rotortechnologie inzwischen etwa 30 % der Emissionen des Sektors einsparen könnte. Und das, sagt er, ohne dass etwas grundlegend Neues erfunden werden muss. „Es ist eine bekannte Wissenschaft“, sagt Herr Rauramo. „Es wurde einfach nicht genau so umgesetzt, wie wir es tun.“

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