„Zero Car­bon“ Che­mie und Klimaschutz

Das Leib­niz-Insti­tut für Kata­ly­se (LIKAT) in Ros­tock wird sei­ne Erkennt­nis­se aus der Grund­la­gen­for­schung künf­tig unter eige­nem Dach bis zur Pra­xis­rei­fe füh­ren. Noch in die­sem Jahr soll zu die­sem Zweck der Bau eines Tech­ni­kums begin­nen. Ab 2021 kön­nen die LIKAT-For­sche­rin­nen und ‑For­scher dann die Zuver­läs­sig­keit ihrer Ver­fah­ren und Kata­ly­sa­to­ren unter anwen­dungs­na­hen Bedin­gun­gen tes­ten. Dabei geht es ihnen um eine Che­mie, die Res­sour­cen schont und zu CO2-neu­tra­len Stoff­kreis­läu­fen ver­hilft. Mit dem Tech­ni­kum baut das LIKAT sein Allein­stel­lungs­merk­mal aus: Schon jetzt gelan­gen jähr­lich bis zu drei inno­va­ti­ve Ideen aus den LIKAT-Labors in die indus­tri­el­le Praxis.
„Zero Car­bon“ – lau­tet der Titel des neu­en Tech­ni­kums, das mit 10 Mil­lio­nen Euro hälf­tig aus Bun­des- und Lan­des­mit­teln geför­dert wird. Ziel ist, Koh­len­stoff (Car­bon) nicht mehr aus fos­si­len Roh­stof­fen zu ver­wen­den und somit den CO2-Fuß­ab­druck der Zivi­li­sa­ti­on zu ver­klei­nern. Die Koh­len­di­oxid-Emis­si­on gilt als Haupt­ver­ur­sa­cher der Kli­ma­er­wär­mung. LIKAT-For­scher Udo Arm­brus­ter vom Pla­nungs­team sagt: „Wir wer­den im Tech­ni­kum Koh­len­stoff auf kli­ma­neu­tra­le Wei­se für die che­mi­sche Indus­trie nutz­bar machen und Was­ser­stoff als Reak­ti­ons­part­ner verwenden.“

Grund­stof­fe aus „grü­nen Quellen“

Kon­kret geht es um Alter­na­ti­ven der Ener­gie­spei­che­rung, der Pro­duk­ti­on von Kraft­stof­fen und der Gewin­nung von Grund­stof­fen für die Che­mie. Auch der Was­ser­stoff, der für sol­che Reak­tio­nen gebraucht wird, soll künf­tig aus „grü­nen Quel­len“ stam­men. Etwa aus der Wei­ter­ver­ar­bei­tung von Bio­mas­se oder aus der Was­ser-Elek­tro­ly­se, und zwar mit Strom, der von Pho­to­vol­ta­ik- oder Wind­kraft­an­la­gen kommt. Die che­mi­sche Nut­zung nach­wach­sen­der Roh­stof­fe setzt gro­ße Men­gen an Was­ser­stoff vor­aus. Pflan­zen, Öle und Zel­lu­lo­se z.B. ent­hal­ten im Ver­gleich zu fos­si­len Roh­stof­fen sehr viel mehr Sauer­stoff, der bei der Wei­ter­ver­ar­bei­tung stö­ren wür­de. Er wird durch Zuga­be von Was­ser­stoff entfernt.
Bis­her stammt Koh­len­stoff meist aus fos­si­len Roh­stof­fen. Udo Arm­brus­ter weiß mit vie­len Bei­spie­len zu bele­gen, dass es auch anders gehen könn­te. Ein Bei­spiel: Syn­the­se­gas, ein Gemisch aus H2 und Koh­len­mon­oxid. Bis­her ent­steht es durch Koh­le­ver­ga­sung oder aus Roh­öl­de­stil­la­ten. Es lie­ße sich jedoch eben­so gut durch die Reak­ti­on von Methan mit CO2 her­stel­len, das bei­des in Bio­gas­an­la­gen anfällt. Eine ande­re nach­hal­ti­ge Vari­an­te wäre die Nut­zung von Bio­mas­se ana­log zur Kohlevergasung.
Um den Koh­len­stoff zu nut­zen, kön­ne man Syn­the­se­gas auch sehr effi­zi­ent zu Metha­nol umwan­deln, einem der wich­tigs­ten che­mi­schen Grund­stof­fe für wei­te­re Syn­the­sen. Eben­so gut könn­ten lang­ket­ti­ge Koh­len­was­ser­stof­fe aus nach­hal­tig erzeug­tem Syn­the­se­gas ent­ste­hen, etwa für die Pro­duk­ti­on von Kero­sin. Das ist ein hoch­ak­tu­el­les The­ma, denn die Luft­fahrt ver­zeich­net ste­ti­ge Zuwächse.

Part­ner auch für KMU

Eine sol­che „grü­ne Che­mie“ erfor­dert völ­lig neue Pro­zes­se und Tech­no­lo­gien. Das LIKAT arbei­tet an geeig­ne­ten Kata­ly­sa­to­ren dafür, sagt Udo Arm­brus­ter. Jeder der Reak­ti­ons­schrit­te, die für die­se Pro­zes­se nötig sind, braucht einen eige­nen Kata­ly­sa­tor. „Wir arbei­ten dazu im Labor oft mit Men­gen im Mil­li­gramm­be­reich, die auf einen klei­nen Fin­ger­na­gel pas­sen“, erläu­tert der Che­mi­ker. Die Reak­tor­röhr­chen sei­en mit­un­ter nicht viel grö­ßer als ein Kugel­schrei­ber. Bis zum Ton­nen-Maß­stab in der Indus­trie mit tau­sen­den Rohr­re­ak­to­ren und bis zu 20 Meter hohen Reak­tor­ko­lon­nen erscheint es ein rie­si­ger Schritt. Genau dafür braucht es das Tech­ni­kum, das bereits im Kilo­gramm-Bereich arbei­ten wird.
Bis­her tes­tet das LIKAT sei­ne Neu­ent­wick­lun­gen in Pilot­an­la­gen von Part­nern, meist gro­ßen Che­mie-Kon­zer­nen. Klei­ne und mitt­le­re Unter­neh­men (KMU) kön­nen sich sol­che Tech­ni­ka nicht leis­ten. Mit einem eige­nen Tech­ni­kum macht sich die Ros­to­cker Kata­ly­se­for­schung nun noch attrak­ti­ver für die­se Unter­neh­men. Sie kann vor allem viel mehr Ideen als bis­her aus ihrer Grund­la­gen­for­schung bis zur Pra­xis­rei­fe füh­ren. Und wenn ein Ver­fah­ren in den Pilot­an­la­gen sei­ne Pra­xis­taug­lich­keit unter Beweis gestellt hat, dann hat es bereits 90 Pro­zent des Weges bis zum fer­ti­gen Indus­trie­pro­dukt geschafft.
Mat­thi­as Bel­ler, Direk­tor des LIKAT, ver­weist auf die Rah­men­da­ten des Welt­kli­ma­gip­fels, die Deutsch­land lei­der geris­sen hat. „Wir wis­sen, dass die Wis­sen­schaft eine gesell­schaft­li­che Ver­ant­wor­tung hat und dass wir hier etwas bei­zu­tra­gen haben, die Kli­ma­kon­ven­ti­on womög­lich doch noch zu ver­wirk­li­chen. Wir ent­wi­ckeln gera­de die Tech­no­lo­gien dafür.“