Gemeinsam zu negativen Emissionen
Der Verein zur Dekarbonisierung der Industrie (VzDI) hat sich zum Ziel gesetzt, schnell umsetzbare und ganzheitliche Ansätze für die CO2-Reduktion im industriellen Umfeld zu entwickeln. Im Zentrum stehen industrielle Hochtemperaturanwendungen. Dabei werden auch Ideen eines globalen Ansatzes mit insgesamt negativen CO2-Emissionen verfolgt. Empa-Forscher Christian Bach vertritt die Empa als Gründungsmitglied im Verein. Gemeinsam mit Andreas Bittig, dem Projektleiter des VzDI, gibt er Einblick in die visionären Ideen und deren konkrete Umsetzung.
Mit welchen Massnahmen will der VzDI eine CO2-Reduktion im Industrieumfeld erreichen?
Andreas Bittig: Während für die Raumwärme und die Mobilität viele Projekte und Arbeiten laufen, fristet die Dekarbonisierung industrieller Hochtemperaturprozesse, die oftmals auf Erdgas beruhen, noch ein Nischendasein. Der VzDI beabsichtigt, mit der Methan-Pyrolyse eine für solche Anwendungen interessante neue Technologie einzusetzen und weiterzuentwickeln. Das Spannende daran: Diese Technologie erlaubt die Dekarbonisierung von fossilem Erdgas, was eine rasche CO2-Reduktion ermöglicht, und sie führt sogar zu negativen Emissionen, wenn man erneuerbares Methan verwendet.
Wie kann synthetisches Methan negative CO2-Emissionen ermöglichen?
Christian Bach: Synthetisches Methan wird aus erneuerbarem Wasserstoff und CO2 aus der Atmosphäre hergestellt und kann günstig weltweit transportiert werden. Um die erneute Bildung von CO2 bei der Nutzung des Methans zu unterbinden, wird der Kohlenstoff – und zwar in fester Form! – zuvor mit Hilfe der sogenannten Pyrolyse vom CH4-Molekül abgetrennt. Dieser kann dann als neuer Rohstoff in der Bau- und Landwirtschaft eingesetzt werden. Somit nutzen wir nur den Wasserstoffanteil des synthetischen Methans energetisch. Insgesamt wird also der Atmosphäre CO2 für die Herstellung von synthetischem Methan entnommen, das dann in Form von festem Kohlenstoff in der Bau- oder Landwirtschaft eingelagert wird – und damit nicht mehr klimarelevant ist.
Andreas Bittig: Während für die Raumwärme und die Mobilität viele Projekte und Arbeiten laufen, fristet die Dekarbonisierung industrieller Hochtemperaturprozesse, die oftmals auf Erdgas beruhen, noch ein Nischendasein. Der VzDI beabsichtigt, mit der Methan-Pyrolyse eine für solche Anwendungen interessante neue Technologie einzusetzen und weiterzuentwickeln. Das Spannende daran: Diese Technologie erlaubt die Dekarbonisierung von fossilem Erdgas, was eine rasche CO2-Reduktion ermöglicht, und sie führt sogar zu negativen Emissionen, wenn man erneuerbares Methan verwendet.
Wie kann synthetisches Methan negative CO2-Emissionen ermöglichen?
Christian Bach: Synthetisches Methan wird aus erneuerbarem Wasserstoff und CO2 aus der Atmosphäre hergestellt und kann günstig weltweit transportiert werden. Um die erneute Bildung von CO2 bei der Nutzung des Methans zu unterbinden, wird der Kohlenstoff – und zwar in fester Form! – zuvor mit Hilfe der sogenannten Pyrolyse vom CH4-Molekül abgetrennt. Dieser kann dann als neuer Rohstoff in der Bau- und Landwirtschaft eingesetzt werden. Somit nutzen wir nur den Wasserstoffanteil des synthetischen Methans energetisch. Insgesamt wird also der Atmosphäre CO2 für die Herstellung von synthetischem Methan entnommen, das dann in Form von festem Kohlenstoff in der Bau- oder Landwirtschaft eingelagert wird – und damit nicht mehr klimarelevant ist.
Die Herstellung von synthetischem Methan, der Transport und die Pyrolyse bringen Effizienzverluste mit sich. Wie geht man damit um?
Christian Bach: Bei der Herstellung von synthetischem Methan geht rund die Hälfte der Energie verloren und durch die Abspaltung des Kohlenstoffs nochmals rund ein Drittel. Was aus Effizienzsicht wie eine Katastrophe aussieht, macht trotzdem Sinn – nämlich dann, wenn die Methan-Herstellung in Regionen geschieht, in denen Energie im Überfluss vorhanden ist. Dies ist im Sonnengürtel rund um den Globus der Fall. Dort ist die Sonneneinstrahlung doppelt so hoch wie bei uns, und es gibt riesige unbewohnbare und ungenutzte Flächen. Für den Transport kann zudem die bereits bestehende Infrastruktur genutzt werden. Die doppelte Sonneneinstrahlung im Sonnengürtel der Erde bedeutet pro Quadratmeter Solarzellen einen deutlich höheren Ertrag als bei uns. Das relativiert die hohen energetischen Verluste dieses Ansatzes.
Was braucht es, damit dieses globale System real wird?
Andreas Bittig: Die Methan-Pyrolyse gilt als eines der kostengünstigsten Produktionsverfahren für Wasserstoff. Die Technologie steht an der Schwelle zur industriellen Umsetzung. Damit das Gesamtsystem real wird, braucht es Demonstrationsanlagen, wie die in Zug geplante, um Daten und Know-how zu gewinnen. Die Tech Cluster Zug AG stellt das Ökosystem für die Demonstration des Ansatzes bereit. Wir sehen den Zuger Demonstrator durchaus als Beginn einer Industrialisierung dieses Systems, denn durch eine enge Zusammenarbeit von Industrie und Forschung sind wir sehr gut aufgestellt.
Christian Bach: Bei der Herstellung von synthetischem Methan geht rund die Hälfte der Energie verloren und durch die Abspaltung des Kohlenstoffs nochmals rund ein Drittel. Was aus Effizienzsicht wie eine Katastrophe aussieht, macht trotzdem Sinn – nämlich dann, wenn die Methan-Herstellung in Regionen geschieht, in denen Energie im Überfluss vorhanden ist. Dies ist im Sonnengürtel rund um den Globus der Fall. Dort ist die Sonneneinstrahlung doppelt so hoch wie bei uns, und es gibt riesige unbewohnbare und ungenutzte Flächen. Für den Transport kann zudem die bereits bestehende Infrastruktur genutzt werden. Die doppelte Sonneneinstrahlung im Sonnengürtel der Erde bedeutet pro Quadratmeter Solarzellen einen deutlich höheren Ertrag als bei uns. Das relativiert die hohen energetischen Verluste dieses Ansatzes.
Was braucht es, damit dieses globale System real wird?
Andreas Bittig: Die Methan-Pyrolyse gilt als eines der kostengünstigsten Produktionsverfahren für Wasserstoff. Die Technologie steht an der Schwelle zur industriellen Umsetzung. Damit das Gesamtsystem real wird, braucht es Demonstrationsanlagen, wie die in Zug geplante, um Daten und Know-how zu gewinnen. Die Tech Cluster Zug AG stellt das Ökosystem für die Demonstration des Ansatzes bereit. Wir sehen den Zuger Demonstrator durchaus als Beginn einer Industrialisierung dieses Systems, denn durch eine enge Zusammenarbeit von Industrie und Forschung sind wir sehr gut aufgestellt.
