Der Weg der chemischen Industrie zur Klimaneutralität

Die Transformation der chemischen Industrie hin zur Klimaneutralität gehört zu den anspruchsvollsten Aufgaben der industriellen Dekarbonisierung. Als energieintensive und stark in globale Wertschöpfungsketten eingebundene Branche ist sie zugleich bedeutender Emittent von Treibhausgasen und zentraler Wegbereiter nachhaltiger Technologien. In seinem Keynote-Vortrag analysierte Dr. Kai Ehrhardt, Vice President Reaction Engineering und Executive Expert bei der BASF SE, wesentliche Elemente zur Erreichung von Netto-Null-CO2-Emissionen der chemischen Industrie bis 2050 und beleuchtete technologische, systemische und ökonomische Aspekte.

Text: Richard Backhaus | Fotos: FVV, BASF, iStock | BsWei, AdobeStock | remotevfx, Midjourney AI

Die strategische Ausrichtung von BASF basiert auf einer langfristigen Transformation mit Blick auf die Klimaschutzziele. Bis zum Jahr 2030 wird eine deutliche Reduktion der direkten und indirekten Emissionen angestrebt, während bis 2050 Klimaneutralität über die gesamte Wertschöpfungskette erreicht werden soll. Das Defossilisierungskonzept sieht eine schrittweise Reduzierung der Emissionen durch erneuerbare Energien, Effizienzsteigerungen, emissionsarme Dampferzeugung und neue klimafreundliche Technologien vor.

Parallel dazu erfolgt eine Wandlung des Produktportfolios hin zu Lösungen mit messbarem Nachhaltigkeitsnutzen. Diese Entwicklung ist laut Ehrhardt eng an die Marktnachfrage gekoppelt, da Investitionen und technologische Umstellungen maßgeblich von der Zahlungsbereitschaft der Kunden beeinflusst werden.

Der Defossilisierungsplan von BASF sieht im ersten Schritt die schnelle Umsetzung einfach realisierbarer Optimierungen und Maßnahmen und mit klar definiertem Geschäftsmodell vor. Der zweite Schritt ist vom Fokus auf die Marktnachfrage geprägt. Erreicht wird dies durch die Sicherung steigender Mengen an nachwachsenden Rohstoffen und den Ausbau des Angebots an Produkten mit nachhaltigen Eigenschaften entsprechend den Kundenbedürfnissen. Im letzten Schritt erfolgt die Umgestaltung der Produktionsanlagen durch Dekarbonisierung bestehender Anlagen und Investitionen in neue wettbewerbsfähige Technologien, jeweils im Einklang mit der Kundennachfrage und den Netto-Null-Zielen.

Ein wichtiger Aspekt ist dabei die systematische Erfassung der Treibhausgasemissionen entlang der Wertschöpfungskette, um die Emissionen und deren Einsparung transparent dokumentieren zu können. Digitale Anwendungen ermöglichen die Berechnung von Emissionen für eine große Zahl von Produkten unter Berücksichtigung von Prozessenergie, Rohstoffen sowie vorgelagerten Emissionen bei Zulieferern, die bei BASF rund 50 % der Gesamtemissionen ausmachen. Diese Informationen sind nicht nur für interne Optimierungen relevant, sondern auch für Kundenentscheidungen und regulatorische Anforderungen.

Technologische und systemische Ansätze

Die Umstellung der Rohstoffbasis der chemischen Industrie ist ein zentraler Baustein der Transformation. BASF bewegt sich zunehmend von fossilen hin zu erneuerbaren und zirkulären Kohlenstoffquellen. Dies umfasst sowohl den Einsatz biobasierter Materialen als auch die Integration von Recyclingströmen. Die Verarbeitung dieser umweltfreundlicheren Rohstoffe erfolgt in der Regel zusammen mit konventionellen Basisprodukten in bestehenden Anlagen. Die Bio- und Recyclingquote wird dabei über den Massenbilanzansatz berücksichtigt. »Durch diese Methode können nachhaltige Rohstoffe rechnerisch bestimmten Produkten zugeordnet werden, ohne dass physische Stoffströme vollständig getrennt werden müssen. Dies ermöglicht eine schrittweise wirtschaftliche Transformation bei gleichzeitiger Nutzung bestehender Infrastruktur«, meinte Ehrhardt.

BASF konzentriert die Dekarbonisierung insbesondere auf zentrale Prozesse am Anfang industrieller Wertschöpfungsketten, da hier die größten Emissionspotenziale liegen. Für diese Prozesse existieren verschiedene technologische Optionen, deren Bewertung auf Grundlage von Effizienz, Kosten und Investitionsbedarf erfolgt. Neben der Elektrifizierung spielen auch der Einsatz von Wasserstoff sowie Verfahren zur Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid eine wichtige Rolle.

Wasserstoff als Rohstoff und Energieträger

Während in vielen Bereichen wie dem Transportsektor Wasserstoff in erster Linie als möglicher molekularer Energieträger gesehen wird, benötigt die chemische Industrie aufgrund der stofflichen Struktur der produzierten chemischen Produkte Wasserstoff im großen Umfang als Prozessgas. »Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass der Wert von Wasserstoff beim Einsatz als Prozessgas höher ist als bei seiner Verbrennung zur Beheizung«, so Ehrhardt. Werden ferner fossile Stoffe wie Erdgas oder Naphta nicht mehr oder nur im begrenzten Umfang eingesetzt und durch biogene Einsatzstoffe, Rezyklate oder CO2 ersetzt, steigt der Bedarf an Wasserstoff weiter. Eine Bereitstellung von grünem Wasserstoff über Elektrolyse ist mit hohem Energiebedarf verbunden und ist herausfordernd in Bezug auf Skalierung und Kosten. Alternative Verfahren wie die Methanpyrolyse bieten hier interessante Perspektiven, da sie Wasserstoff mit vergleichsweise geringem Energieeinsatz und sehr niedrigen Kohlendioxidemissionen erzeugen können.

Parallel dazu gewinnt die Elektrifizierung chemischer Prozesse zunehmend an Bedeutung. Voraussetzung ist eine weitgehende Versorgung mit erneuerbarer elektrischer Energie. Insbesondere energieintensive Schlüsselprozesse wie das Steamcracking, bei dem langkettige Kohlenwasserstoffe unter Zusatz von Heißdampf thermisch in kurzkettige Moleküle gespalten werden, stehen aufgrund der absoluten Größe der Emissionen im Fokus. Neue Standorte und Produktionsanlagen bieten die Möglichkeit, innovative Technologien von Beginn an zu integrieren und damit deutlich geringere Emissionen zu erreichen als bei konventionellen Anlagen. Durch die Kombination erneuerbarer Energieversorgung, elektrifizierter Prozesse und integrierter Stoffkreisläufe können signifikante Fortschritte erzielt werden. »Ein Beispiel ist unser neuer Verbund-Standort Zhanjiang in Südchina. Dort nutzen wir modernste Technologien, mit denen wir den CO₂-Fußabdruck im Vergleich zu einem herkömmlichen gasbetriebenen petrochemischen Standort um rund 50 % verringern«, erklärte Ehrhardt. Gleichzeitig bleibt die Transformation bestehender Anlagen eine zentrale Herausforderung, da diese den Großteil der aktuellen Produktionskapazitäten ausmachen. Am Standort Ludwigshafen soll 2027 eine großskalige Wärmepumpenanlage zur Nutzung von Abwärme in Betrieb gehen. Durch die Umwandlung von Prozessabwärme aus dem Steamcracker in nutzbaren Dampf kann der Einsatz fossiler Energieträger deutlich reduziert werden. Bei der konventionellen Heißdampferzeugung in Dampfkesseln bieten die Nutzung alternativer Energien wie elektrischer Strom oder Wasserstoff statt Erdgas Potenziale zur Emissionsreduzierung.

Für Emissionen, die technisch nur schwer vermeidbar sind, stellt Carbon Capture and Storage eine wesentliche Ergänzung dar. Die Umsetzung solcher Lösungen erfordere jedoch geeignete regulatorische Rahmenbedingungen sowie den Aufbau entsprechender Transport und Speicherinfrastrukturen. Internationale Kooperationen seien dabei von zentraler Bedeutung, da geeignete Speicherstandorte nicht in allen Regionen verfügbar wären und sie eine wirtschaftlichere Skalierung erlauben.

Transformation muss wirtschaftlich tragfähig sein

Wie der Keynote-Vortrag zeigte, ist die Dekarbonisierung der chemischen Industrie ein komplexer und langfristiger Prozess, der technologische Innovation, systemische Integration und ökonomische Rahmenbedingungen miteinander verknüpft. Der Erfolg hängt maßgeblich davon ab, inwieweit es gelingt, Effizienzsteigerungen, neue Technologien und veränderte Marktmechanismen zu einem konsistenten Transformationspfad zu verbinden.

Die chemische Industrie nimmt dabei eine Schlüsselrolle ein, da ihre Produkte und Prozesse weit über die eigene Branche hinaus Wirkung entfalten und somit einen entscheidenden Beitrag zur globalen Klimaneutralität leisten können. Neben technologischen Fragestellungen spielt die ökonomische Dimension eine entscheidende Rolle. Die Transformation erfordert erhebliche Investitionen und führt zu höheren Fertigungskosten, während die Zahlungsbereitschaft für nachhaltige Produkte derzeit begrenzt ist. »Daraus ergibt sich ein Spannungsfeld zwischen ökologischen Zielen und wirtschaftlicher Tragfähigkeit. Politische Instrumente wie CO₂-Bepreisung, Regulatorik oder Förderprogramme können die grüne Transformation unterstützen, sie haben aber ökonomische Folgen und wirken sich auf den globalen Wettbewerb aus«, meinte Ehrhardt. //