Es ist ein Mammutvorhaben: Bis 2050 wollen die meisten Nationen klimaneutral werden – und mit ihnen die Unternehmen der chemischen Industrie. Weil sie einerseits energieintensiv produziert, andererseits nicht ohne Kohlenstoff auskommen kann, tut sich die Chemie besonders schwer bei der Dekarbonisierung. Doch das spornt die Forscher und Ingenieure der Branche nur noch mehr an.

Die Zeit drängt und das Budget ist begrenzt. Was auf fast alle Lebensbereiche zutrifft, gilt insbesondere auch für die globalen Treibhausgasemissionen. 196 Nationen hatten sich bereits 2015 in Paris darauf geeinigt, die Erderwärmung auf unter 2 °C begrenzen zu wollen und möglichst sogar 1,5 °C nicht zu überschreiten.

Eine wichtige Rolle kommt dabei der Chemieindustrie zu: Einerseits, weil diese für rund 5 % der CO2-Emissionen verantwortlich ist, andererseits weil die Chemie mit ihren Produkten den Schlüssel zu den meisten Technologien für eine klimaneutrale Wirtschaft in der Hand hat. Denn die Treibhausgas-Emissionen der Chemie haben zwei Ursachen: Die Energieerzeugung (ca. 60 %) und die chemischen Reaktionen (40 %).

Die Chemie muss sich neu erfinden. Das erfordert neue Wege in der Energieerzeugung und -nutzung, neue Formen der Kooperation zwischen Chemieunternehmen, Rohstofflieferanten und Abnehmern der Produkte und nicht zuletzt auch neue Prozesse. Obwohl die globale Chemie tausende Verbindungen synthetisiert, lässt sich das größte Potenzial zur Reduktion von Emissionen auf acht Produkte eingrenzen: 75 % der Treibhausgas-Emissionen stammen aus der Produktion von Ammoniak, Ethen, Propen, Salpetersäure, Ruß, Caprolactam, Soda und Fluorchemikalien.

Die Elektrifizierung ein wesentlicher Hebel im Hinblick auf eine klimaneutrale Chemie. Wird der benötigte Prozessdampf künftig nicht mehr aus der Verbrennung fossiler Energieträger, sondern mit nachhaltig erzeugtem Strom hergestellt, lassen sich große Einsparungen bei der Emission von Kohlendioxid erreichen. Auch Wärmepumpen können dabei eine Rolle spielen: Mit erneuerbarem Strom betrieben, erlauben sie es, Dampf aus bislang ungenutzter Restwärme zu erzeugen.

Immer mehr Chemieunternehmen sichern sich für die Elektrifizierung ihrer Prozesse inzwischen sogar schon Stromlieferungen aus Windparks – auch aus solchen, die noch gar nicht gebaut sind. Doch die für eine strombasierte Chemie notwendigen Kapazitäten für erneuerbaren Strom sind gewaltig. In Europa wären dafür einer DECHEMA-Studie zufolge fast 50 Prozent mehr Strom notwendig, als aktuell in Europa zur Verfügung stehen. Ohne den Import von grünem oder blauem Wasserstoff, Ammoniak oder Methanol aus Regionen mit großen Kapazitäten für erneuerbaren Strom werden die meisten Chemienationen das Ziel der Klimaneutralität nicht erreichen können.

Zudem wird der vollständige Verzicht auf fossile Rohstoffe in Zukunft die Synthese von Chemikalien aus Wasserstoff und Kohlendioxid erfordern. Das Verfahren dazu – die Fischer-Tropsch-Synthese – ist vorhanden. Als Kohlendioxid-Quelle kommen beispielsweise Abgasströme aus der Zementindustrie (Sektorenkopplung) in Frage.

Wasserstoff spielt auch bei der Herstellung der mengenmäßig größten Basischemikalie eine zentrale Rolle: der Ammoniaksynthese. Bei keinem anderen Herstellungsprozess der Chemie wird so viel klimaschädliches CO2 emittiert. Bislang überwiegend per Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen, werden dafür künftig enorme Mengen an klimaneutralem Wasserstoff benötigt. Dieser kann entweder durch Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom gewonnen werden, oder durch Dampfreformierung mit anschließender CO2-Abscheidung und Speicherung (blauer Wasserstoff). Ein neuer Ansatz ist die Methanpyrolyse, die derzeit von mehreren Unternehmen und Forschungseinrichtungen entwickelt wird.

Die Maßnahmen hin zu einer klimaneutralen Chemie sind nicht zum Nulltarif zu haben. Allein in Europa werden dafür nach Schätzungen von Accenture und NexantECA Investitionen in Höhe von 1 Billion Euro notwendig werden. Und die Zeit drängt, denn neue Anlagen haben eine typische Lebensdauer von 30 bis 50 Jahren – das heißt, sie sollten auch unter dem Primat der Netto-Null-Emissionen betrieben werden können.

Dass dies technisch möglich ist, davon ist die Industrie überzeugt. So heißt es in der DECHEMA-Studie „Roadmap Chemie 2050“: „Der umfassende Einsatz neuer Technologien erlaubt es, das Ziel der fast vollständigen Treibhausgasneutralität im Jahr 2050 noch zu erreichen.“