Kohlendioxidchemie
Saubere Zukunft für den Klimakiller
Kann das Klima durch die stoffliche Nutzung von Kohlendioxid gerettet werden? Bild: Gina Sanders - Fotolia.com
Kohlendioxid gilt als einer der Hauptschuldigen am Treibhauseffekt. Jetzt wollen Forscher das Gas für sinnvolle Zwecke einsetzen – zum Beispiel bei der Herstellung von Matratzen
Rund 800 Millionen Tonnen Kohlendioxid pusten die Deutschen jährlich in die Atmosphäre: Auto fahren, Heizen und Stromerzeugung tragen maßgeblich dazu bei. Die gegenwärtige Konzentration in der Erdhülle ist höher als jemals zuvor in den vergangenen 800.000 Jahren. Die meisten Experten sind sich einig: Der erhöhte Kohlendioxidanteil in der Atmosphäre trägt maßgeblich zur Erwärmung unseres Planeten bei. Wissenschaftler wollen den Spieß nun umdrehen und das Klimagas durch gezielte chemische Reaktionen wieder abbauen – mit einem gewaltigen Zusatznutzen. Denn richtig eingesetzt, könnte Kohlendioxid zu einem wertvollen Rohstoff werden.
Voraussetzung ist zunächst einmal die Gewinnung des Kohlendioxids – zum Beispiel aus Abgasen von Kohlekraftwerken. Dort wird zur Stromgewinnung Kohle verbrannt, wodurch große Mengen des Treibhausgases frei werden. In Pilotprojekten wie beim RWE-Braunkohlekraftwerk in Niederaußem wird das Kohlendioxid aus den Abgasströmen des Kohlekraftwerkes entfernt, verflüssigt und dann per Lkw zu einer Chemieanlage transportiert, wo es weiter verarbeitet wird.
So will der Werkstoffanbieter Bayer Material Science beispielsweise aus dem Treibhausgas den Kunststoff Polyurethan aufbauen. Ein Kunststoff, der unter anderem in Haushaltsschwämmen Verwendung findet und der bislang aus Erdöl hergestellt wird. Da die Erdölreserven endlich sind, suchen Wissenschaftler weltweit nach Alternativen. Forschern von Bayer und der RWTH Aachen ist es bereits gelungen, organischen Verbindungen der sogenannte Polyol-Gruppe aus Kohlendioxid herzustellen, die wiederrum für die Produktion des Kunststoffes Polyurethan nötig ist.
Was in der Theorie einfach klingt, ist für die Wissenschaftler eine große Herausforderung: Denn aufgrund seiner chemischen Eigenschaften ist Kohlendioxid sehr reaktionsträge. Um es dennoch zu einer Reaktion zu animieren, müssen die Forscher dem Molekül einen reaktionsfreudigen Partner anbieten. Außerdem suchen sie nach leistungsfähigen Katalysatorsystemen; also Stoffen, die helfen, Kohlendioxid mit dem reaktionsfreudigen Partner reagieren zu lassen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden.
Doch die Chemiker sind der Lösung des Problems näher gekommen. Bis 2016 will Bayer in Dormagen eine Anlage in Betrieb nehmen, die dann jährlich bis zu 5.000 Tonnen Polyol auf Basis von Kohlendioxid produziert. Daraus soll dann im nächsten Schritt ein Schaumstoff aus Polyurethan gewonnen werden, aus dem der Konzern dann Matratzen produzieren will. Dabei ist das Treibhausgas Kohlendioxid in die Kunststoffstruktur eingebunden, und der Schaumstoff unterscheidet sich qualitativ kaum von dem auf fossiler Basis hergestellten Produkt. „Kohlendoxid erscheint in einem neuen Licht: Das Abgas wird zum nützlichen und gewinnbringenden Rohstoff“, sagt Patrick Thomas, Vorstandsvorsitzender von Bayer Material Science.
Doch noch hat die ganze Sache einen Haken: Der Einbau von Kohlendioxid in höherwertige Verbindungen erfordert hohen Energieeinsatz. Und mengenmäßig betrachtet fällt die Nutzung des Gases als Rohstoff bisher kaum ins Gewicht: Nach Berechnungen der gemeinnützigen wissenschaftlich-technischen Gesellschaft DECHEMA nutzt die Industrie aktuell weniger als ein Prozent der menschlich verursachten Kohlendioxid-Emissionen. Sie könnten nur gesenkt werden, wenn regenerative Quellen die notwenige Energie bereitstellen: Nicht nur für die Umwandlung der Treibhausgase sondern auch fürs Heizen und unsere Stromversorgung.
Zu einer differenzierten Betrachtung rät der Direktor des Max-Plank Instituts für Kohlenforschung in Mülheim Ferdi Schüth, der an einer Umwandlung des Kohlendioxids zu Dimethylether forscht: „Die stoffliche Nutzung des Kohlendioxids ist interessant, jedoch kann das Klima so nicht gerettet werden.“ Kohlendioxid ist ein Endprodukt von Umwandlungsketten fossiler Rohstoffe und nicht sehr reaktionsfreudig, daher sollten technische Verfahren zum Einsatz des Kohlendioxids als Rohstoff immer hinsichtlich ihrer Energiebilanz hinterfragt werden, so der Chemiker.
Voraussetzung ist zunächst einmal die Gewinnung des Kohlendioxids – zum Beispiel aus Abgasen von Kohlekraftwerken. Dort wird zur Stromgewinnung Kohle verbrannt, wodurch große Mengen des Treibhausgases frei werden. In Pilotprojekten wie beim RWE-Braunkohlekraftwerk in Niederaußem wird das Kohlendioxid aus den Abgasströmen des Kohlekraftwerkes entfernt, verflüssigt und dann per Lkw zu einer Chemieanlage transportiert, wo es weiter verarbeitet wird.
So will der Werkstoffanbieter Bayer Material Science beispielsweise aus dem Treibhausgas den Kunststoff Polyurethan aufbauen. Ein Kunststoff, der unter anderem in Haushaltsschwämmen Verwendung findet und der bislang aus Erdöl hergestellt wird. Da die Erdölreserven endlich sind, suchen Wissenschaftler weltweit nach Alternativen. Forschern von Bayer und der RWTH Aachen ist es bereits gelungen, organischen Verbindungen der sogenannte Polyol-Gruppe aus Kohlendioxid herzustellen, die wiederrum für die Produktion des Kunststoffes Polyurethan nötig ist.
Was in der Theorie einfach klingt, ist für die Wissenschaftler eine große Herausforderung: Denn aufgrund seiner chemischen Eigenschaften ist Kohlendioxid sehr reaktionsträge. Um es dennoch zu einer Reaktion zu animieren, müssen die Forscher dem Molekül einen reaktionsfreudigen Partner anbieten. Außerdem suchen sie nach leistungsfähigen Katalysatorsystemen; also Stoffen, die helfen, Kohlendioxid mit dem reaktionsfreudigen Partner reagieren zu lassen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden.
Doch die Chemiker sind der Lösung des Problems näher gekommen. Bis 2016 will Bayer in Dormagen eine Anlage in Betrieb nehmen, die dann jährlich bis zu 5.000 Tonnen Polyol auf Basis von Kohlendioxid produziert. Daraus soll dann im nächsten Schritt ein Schaumstoff aus Polyurethan gewonnen werden, aus dem der Konzern dann Matratzen produzieren will. Dabei ist das Treibhausgas Kohlendioxid in die Kunststoffstruktur eingebunden, und der Schaumstoff unterscheidet sich qualitativ kaum von dem auf fossiler Basis hergestellten Produkt. „Kohlendoxid erscheint in einem neuen Licht: Das Abgas wird zum nützlichen und gewinnbringenden Rohstoff“, sagt Patrick Thomas, Vorstandsvorsitzender von Bayer Material Science.
Doch noch hat die ganze Sache einen Haken: Der Einbau von Kohlendioxid in höherwertige Verbindungen erfordert hohen Energieeinsatz. Und mengenmäßig betrachtet fällt die Nutzung des Gases als Rohstoff bisher kaum ins Gewicht: Nach Berechnungen der gemeinnützigen wissenschaftlich-technischen Gesellschaft DECHEMA nutzt die Industrie aktuell weniger als ein Prozent der menschlich verursachten Kohlendioxid-Emissionen. Sie könnten nur gesenkt werden, wenn regenerative Quellen die notwenige Energie bereitstellen: Nicht nur für die Umwandlung der Treibhausgase sondern auch fürs Heizen und unsere Stromversorgung.
Zu einer differenzierten Betrachtung rät der Direktor des Max-Plank Instituts für Kohlenforschung in Mülheim Ferdi Schüth, der an einer Umwandlung des Kohlendioxids zu Dimethylether forscht: „Die stoffliche Nutzung des Kohlendioxids ist interessant, jedoch kann das Klima so nicht gerettet werden.“ Kohlendioxid ist ein Endprodukt von Umwandlungsketten fossiler Rohstoffe und nicht sehr reaktionsfreudig, daher sollten technische Verfahren zum Einsatz des Kohlendioxids als Rohstoff immer hinsichtlich ihrer Energiebilanz hinterfragt werden, so der Chemiker.
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