Dekarbonisierung in der Prozessindustrie

Der durch Treibhausgasemissionen verursachte Klimawandel ist eine weltweite Herausforderung von hoher Dringlichkeit. Er erfordert schnelle und entschiedene Dekarbonisierungsmaßnahmen in allen Bereichen der Wirtschaft. Sie sind unerlässlich, um die Kohlendioxidemissionen in die Atmosphäre zu reduzieren. Einige Branchen sind zwar von Natur aus CO₂-intensiver als andere, doch jede Prozessindustrie bietet das Potenzial für eine wirkungsvolle Minderung ihrer Emissionen.

Zu diesen Chancen und Verfahren gehören Emissionsreduzierung, CO₂-Abscheidung, Optimierung der Prozesseffizienz und die Umstellung auf alternative Brennstoffe und Produktionsverfahren. Die Gesamtheit dieser Anstrengungen wird als Dekarbonisierung bezeichnet. Manchmal spricht man auch davon, die Umweltauswirkungen von Kohlendioxidemissionen in die Atmosphäre zu reduzieren. Dieser Artikel befasst sich mit den komplexen Zusammenhängen bei der Dekarbonisierung der Prozessindustrie. Er untersucht praktische Strategien und beleuchtet die entscheidende Rolle, die Kooperation und Technologie bei der Verwirklichung einer Netto-Null-Zukunft spielen.

Mehrere Branchen stehen bei ihren Dekarbonisierungsanstrengungen vor besonders großen Herausforderungen, denn ihre Kernprozesse haben von Natur aus eine sehr hohe CO₂-Intensität. Dazu gehören:

• Chemieindustrie und Erdölraffination: Der Raffinationsprozess, insbesondere die Herstellung von Wasserstoff durch Dampfreformierung von Methan (Steam Methane Reforming, SMR) aus Erdgas, ist eine wesentliche Quelle von Kohlendioxidemissionen. Dieser Wasserstoff wird in verschiedenen Prozessen eingesetzt, z. B. für die Hydrodesulfurierung, bei der Schwefel und andere Verunreinigungen aus Raffinerieprodukten entfernt werden. Dasselbe Verfahren wird auch für die Herstellung von Ammoniak in der Düngemittelproduktion und für andere wichtige Herstellungsverfahren angewendet.
• Zement- und Kalkherstellung: Zement und Kalk werden in einem Hochtemperaturprozess, der sogenannten Kalzinierung, hergestellt, bei der als Nebenprodukt Kohlendioxid freigesetzt wird. Da in diesen Prozessen vor allem fossile Brennstoffe wie Kohle und Petrolkoks genutzt werden, verschlechtert dies ihre CO₂-Bilanz zusätzlich.
• Eisen- und Stahlherstellung: Bei der Umwandlung von Eisenerz in Eisen und Stahl, die hauptsächlich in Hochöfen und Sauerstoffaufblaskonvertern erfolgt, werden erhebliche Mengen CO₂ freigesetzt. Die sich daran anschließenden energieintensiven Prozesse wie Stranggießen, Warmwalzen und andere Umformverfahren erhöhen den CO₂-Ausstoß noch weiter.
• Lebensmittel- und Getränke: Von der Landwirtschaft und der Beschaffung von Zutaten bis hin zur Verarbeitung, Verpackung und Verteilung ist die Lebensmittel- und Getränkebranche in verschiedenen Produktionsphasen stark von fossilen Brennstoffen abhängig. Insgesamt führt dies zu einem hohen CO₂-Fußabdruck.

Diese Branchen sind für die moderne Gesellschaft von grundlegender Bedeutung, sie verursachen jedoch einen erheblichen Teil der weltweiten Treibhausgasemissionen. Allein in den USA entfallen auf sie mehr als 75 % der gesamten CO₂-Emissionen.

Die Reduzierung dieser Emissionen ist nicht nur aus ökologischer Sicht zwingend notwendig, sie ist vielmehr auch entscheidend dafür, dass Unternehmen ihre ESG-Verpflichtungen („Environmental, Social, Governance“, Umwelt, Soziales und Unternehmensführung) erfüllen und ihre langfristige wirtschaftliche Nachhaltigkeit sichern können.

Aber das Problem ist noch komplexer, denn viele dieser CO₂-intensiven Prozesse sind gleichzeitig sehr energieintensiv. Daraus ergibt sich eine doppelte Herausforderung: die Reduzierung der Emissionen aus den Prozessen selbst und die Dekarbonisierung der Energiequellen, die für sie genutzt werden.

Raffinerien benötigen beispielsweise gewaltige Energiemengen für Prozesse wie Hydrocracken, atmosphärische Destillation und katalytisches Cracken. Die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen für diesen Energiebedarf verstärkt die Gesamtauswirkungen dieser Prozesse auf die Umwelt noch weiter.

Zement und Kalk werden hauptsächlich in Drehrohröfen in einem als Kalizinierung bezeichneten Prozess hergestellt, in dem Kalkstein und andere Mineralien auf hohe Temperaturen erhitzt werden. Dabei werden erhebliche Mengen an Kohlendioxid freigesetzt, wobei die Effizienz einer Anlage hauptsächlich von ihrem Alter abhängt. Ältere Anlagen verfügen oft nicht über fortschrittliche Vorwärmsysteme. Dies führt zu einer geringeren Wärmerückgewinnung und einer insgesamt schlechteren Energie- und Prozesseffizienz.

Auch die Prozesse zur Herstellung von Eisen, Stahl und anderen Metallen erfordern einen enormen Energieeinsatz zum Erhitzen, Schmelzen und Formen. Diese Energie wird größtenteils mithilfe fossiler Brennstoffe wie Erdgas und Kohle erzeugt. Um diese miteinander verflochtenen Herausforderungen effektiv anzugehen, müssen die Prozessindustrien eine umfassende Dekarbonisierungsstrategie verfolgen. Diese ruht auf vier Eckpfeilern, die jeweils unterschiedliche Schwerpunkte für das Erreichung der Netto-Null-Ziele in den Blick nehmen.

Der Weg zur Dekarbonisierung komplexer Prozessindustrien lässt sich am besten mit einem schrittweisen Ansatz bewältigen. Er zielt darauf ab, im Lauf der Zeit immer wieder kleine, jedoch wirkungsvolle Verbesserungen zu erreichen. Dies ermöglicht:

• Kontinuierliches Lernen und Optimieren, wobei jede Phase wertvolle Daten und Erkenntnisse liefert, die zur Feinabstimmung nachfolgender Strategien genutzt werden können. Dies sorgt für eine kontinuierliche Verbesserung und Optimierung der Dekarbonisierungsmaßnahmen.
• Tragbare Investitionen und Minderung von Risiken. Dadurch können Investitionen strategisch zugeteilt und finanzielle Risiken in Verbindung mit groß angelegten, unerprobten Technologien minimiert werden.
• Eine Dynamik aufbauen und Fortschritten sichtbar machen. Erfolg in den Anfangsphasen schafft Vertrauen nach innen und außen, erhöht die Attraktivität für weitere Investitionen und beschleunigt den Übergang zu einer Netto-Null-Zukunft.

Viele Unternehmen nutzen im Rahmen ihrer Dekarbonisierungsmaßnahmen derzeit CO2-ärmere Alternativen zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen. Einer dieser sogenannten Übergangsbrennstoffe ist z. B. Erdgas. Bei seiner Verbrennung setzt Erdgas nur etwa halb so viel CO₂ frei wie Kohle. Außerdem kann es als Flüssigerdgas (LNG) problemlos in Regionen ohne eigene Erdgasvorkommen transportiert werden, um als Brückentechnologie zu dienen, bis vollständig CO₂-freie Energiequellen verfügbar sind.

Die Dekarbonisierung der Prozessindustrie kann nicht im Alleingang bewältigt werden. Sie ist vielmehr ein Gemeinschaftswerk, das Zusammenarbeit und Wissensaustausch zwischen Branchen, Wertschöpfungsketten und Technologieanbietern erfordert. Eine offene Zusammenarbeit bei erfolgreichen Strategien, Herausforderungen und gewonnenen Erkenntnissen kann den Fortschritt beschleunigen und zu Innovationen im gesamten Wirtschaftszweig anregen.

Um eine umfassende Dekarbonisierung zu erreichen, kommt es außerdem auf die Zusammenarbeit mit Lieferanten und Kunden an, denn dies fördert nachhaltige Arbeitsweisen und reduziert die Emissionen in der gesamten Wertschöpfungskette. Zur beschleunigten und strategischen Umsetzung der Dekarbonisierung sollten die Akteure in der Industrie zudem die Fachkompetenz und innovativen Lösungen von Technologieunternehmen nutzen, die sich auf Automatisierung, Instrumentierung, Data Analytics, erneuerbare Energien und Prozessoptimierung spezialisiert haben.

Unternehmen wie Endress+Hauser spielen bei diesem Wandel eine entscheidende Rolle. Sie liefern moderne Messtechnik, Lösungen für die Anlagenvernetzung und ermöglichen datengestützte Einblicke. Mit ihrem gründlichen Verständnis industrieller Prozesse unterstützen sie Unternehmen bei der Optimierung ihrer Betriebsabläufe und der Reduzierung ihrer Umweltauswirkungen, damit sie ihre ehrgeizigen Nachhaltigkeitsziele erreichen.

Die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft, insbesondere der Prozessindustrie, ist eine Herkulesaufgabe, aber das Ziel ist erreichbar und wird bedeutende und dauerhaft positive Wirkungen entfalten. Eine vollständige und sofortige Dekarbonisierung ist für bestimmte Prozesse zwar nicht realistisch, aber ein konsequenter Einsatz für kontinuierliche Verbesserungen, Offenheit für Innovationen und die Förderung der Zusammenarbeit ebnen den Weg in eine sauberere und nachhaltigere Zukunft.

Der Weg zu Netto-Null erfordert einen vielschichtigen Ansatz: Minimierung von Abfällen aus dem Prozess, Umstellung auf saubere Brennstoffe, Übergang zu erneuerbaren Energiequellen und Einführung von Arbeitsweisen der Kreislaufwirtschaft, damit weniger Abfall erzeugt wird. Wenn die Prozessindustrie diesen vier Eckpfeilern Rechnung trägt und gleichzeitig das Potenzial nutzt, das Technologie, gemeinschaftliches Handeln und kontinuierliches Lernen bietet, kann sie eine wegweisende Rolle bei der Dekarbonisierung spielen. Mit den Netto-Null-Zielen im Blick kann sie so eine nachhaltigere Umwelt für künftige Generationen sichern.