Kohlenstoff ist ein zentraler Baustein der Volkswirtschaft und in unzähligen Produkten unseres täglichen Lebens enthalten. Der Bedarf der Industrie an Kohlenstoff wird weitgehend aus primären Kohlenstoffquellen wie Erdöl, Erdgas oder Kohle gedeckt. Mit neuen Prozesse und Technologien im großtechnischen Maßstab wollen die Forscher des Instituts für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (IEC) der TU Bergakademie und des Fraunhofer IMWS künftig eine möglichst CO2-emissionsarme, effiziente und ressourcenschonenden Nutzung weiterer Kohlenstoffquellen ermöglichen. Dabei sollen Kunststoff- und Biomasseabfälle, aber auch erneuerbare Energieträger wie Wind- und Solarstrom sowie Grüner Wasserstoff einbezogen werden. Auch das Problem des Plastikmülls haben die Forschenden im Blick. Statt Landschaft und Meere zu belasten, könnte Plastikmüll zur Rohstoffquelle für die Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft werden. Das Potenzial ist groß: Allein in Deutschland werden gegenwärtig rund 47 Millionen Tonnen kohlenstoffhaltige Abfälle in thermischen Abfallbehandlungs- und Feuerungsanlagen verwertet.

Nutzen statt verbrennen
Innerhalb der nächsten 10 bis 15 Jahre sollen Prozesse und Technologien im großtechnischen Maßstab entwickelt werden, die eine CO2-emissionsarme stoffliche Nutzung der bisher verbrannten, primären und sekundären Kohlenstoffquellen gewährleisten. Diese Lösungen sollen durch Wiedereinkopplung aller Kohlenstoffquellen in die Prozessketten (chemisches Recycling) den Kohlenstoff-Kreislauf schließen. Zugleich soll die wirtschaftlich konkurrenzfähige Herstellung von Massenprodukten (zum Beispiel Basischemikalien, Kunststoffe) und hochpreisigen Spezialprodukten (zum Beispiel Kohlenstoff-Fasern, Extraktionsstoffe) auf Basis einheimischer Kohlenstoffträger ermöglicht werden, einschließlich von Reststoffen mit einem möglichst breiten Qualitätsspektrum.

Im Laufe der vierjährigen Aufbauphase, die jetzt bewilligt wurde, sind auch Geräteinvestitionen im Bereich Analytik von Kohlenstoffträgern und deren Konversionsprodukten sowie Testanlagen im Pilotmaßstab geplant. Dort sollen unter industrienahen Bedingungen die verschiedenen Einsatzstoffe in unterschiedlichen Umwandlungskonzepten getestet werden. Eine der Pilotanlagen zur Umwandlung von Kohlenstoffträgern in Synthesegas als Ausgangsstoff für die chemische Industrie soll im Rahmen des Projekts »Carbontrans« umgesetzt und später Teil der ebenfalls bereits geplanten Elektrolyseplattform Leuna werden.

Text: Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS