Kohlenstoffkreislauf

Verbundprojekt

Verbundprojekt Carbon2Chem®

 

Wir führen den Kohlenstoff im Kreislauf – ein kurzer Satz, der aber das Projekt Carbon2Chem® klar umschreibt. Eine Verbesserung beim Klimaschutz erfordert neben der Reduzierung der CO2-Emissionen auch eine Verringerung beim Einsatz fossiler Rohstoffe. Umfangreiche Anstrengungen der Industrie drosseln deren Energiebedarf und den Ausstoß klimaschädigender Gase stetig. Doch teilweise sind thermodynamische und wirtschaftliche Grenzen bei den Prozessen erreicht. Neue innovative Verfahren sind in der Regel für den großtechnischen Einsatz noch nicht verfügbar.

Cross-industrielle Netzwerke bieten an dieser Stelle für die energie- und emissionsintensiven Industriebranchen die Möglichkeit, einen nachhaltigen Beitrag zu leisten. Das Verbundprojekt Carbon2Chem® will Hüttengase, die bei der Stahlproduktion anfallen, als wertvolle Rohstoffquelle für die chemische Industrie erschließen. Das Vorhaben wird gemeinsam vom Fraunhofer UMSICHT, der thyssenkrupp AG und dem Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (MPI-CEC) koordiniert. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

Ziel

Unter Verwendung erneuerbarer Energien sollen unvermeidbare Kohlendioxid-Emissionen aus der Stahlindustrie perspektivisch fossile Rohstoffe in der chemischen Industrie ersetzen. Hierfür wird ein cross-industrielles Produktionsnetzwerk aus Stahlindustrie, chemischer Industrie und Energiewirtschaft aufgebaut. Bisher energetisch genutzte Prozessgase der Hütte dienen als Ausgangsstoff für die Produktion von synthetischen Kraftstoffen, Kunststoffen und weiteren Basischemikalien. Der modulare Ansatz zur CO2-Nutzung innerhalb cross-industrieller Netzwerke ermöglicht die Verbindung von Klimaschutz und Wettbewerbsfähigkeit für große Industriestandorte in Deutschland und anderen Teilen der Welt.

Während der ersten Projektlaufzeit von Carbon2Chem® (Juni 2016 bis Mai 2020) lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung und Erforschung von geeigneten Verfahren. Im Fokus der Betrachtung standen die technische Machbarkeit sowie der Nachweis der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit. Die zweite Phase von Carbon2Chem® wird die entwickelten Verfahren für die großtechnische Umsetzung validieren und so die Grundlage für eine emissionsarmen Stahlproduktion legen. Dafür hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bis 2024 weitere 75 Millionen Euro zur Verfügung gestellt. Die beteiligten Partner planen Investitionen von mehr als 100 Millionen Euro bis 2025.

Dabei stellt sich das Verbundprojekt auch der Herausforderung einer Betrachtung der volkswirtschaftlichen Dimension einer solchen Transformation, wie zum Beispiel der Erhalt von Arbeitsplätzen gesichert und gleichzeitig ein Beitrag zur Klimaneutralität auch für andere CO2-intensive Industrien wie Zement- und Kalkwerke sowie Müllverbrennungsanlagen geleistet werden kann.

Meilensteine

Mit den erreichten Meilensteinen in den einzelnen Leitprojekten in der ersten Phase von Carbon2Chem® (Juni 2016 bis Mai 2020) wurden Grundlagen und Voraussetzungen für die zweite Phase geschaffen, die von Juni 2020 bis Mai 2024 läuft. Es wurde u. a. auf dem Campus des Fraunhofer UMSICHT ein projekteigenes Laborgebäude mit 500 m2 Laborfläche und 30 Büroarbeitsplätzen bereitgestellt. Hier findet die Entwicklung von Verfahren zur Gasreinigung unter Verwendung von definierten Gasen sowie zur Produktion von Methanol und höheren Alkoholen statt, welche dann im eigens dafür gebauten Technikum mit Realgasen weiteren Tests unterzogen werden. Das Technikum hat eine Fläche von 3700 m2 und liegt direkt neben dem Werksgelände der thyssenkrupp Steel Europe AG in Duisburg.

Während der zweiten Projektphase liegt der Fokus sowohl im Labor als auch im Technikum auf den Langzeitversuchen. Die technischen Verfahren sollen weiter validiert und für die Industrialisierung ab 2025 hochskaliert werden.

Auch in der zweiten Phase wird sich das Teilprojekt L-III »Synthesegas« intensiv mit der Zusammensetzung, Reinigung und Aufbereitung der Hüttengase am thyssenkrupp-Standort in Duisburg beschäftigen. Dies ist der Ausgangspunkt für die Teilprojekte L-II, L-III, L-IV und L-V, die sich mit den unterschiedlichen Produktpfaden, Methanol, Harnstoff, höhere Alkoholen und Polymeren beschäftigen. Neu hinzugekommen ist das Teilprojekt L-I »CO2-Quellen und Infrastruktur«. Es befasst sich mit dem Transfer der Carbon2Chem®-Technologie auf verschiedene industrielle CO2-Punktquellen wie Kraftwerke, Müllverbrennungsanlagen und Zementwerke. Weiterhin steht im Fokus, wie eine geeignete Infrastruktur für Wasserstoff und Kohlendioxid bei großen Carbon Capture and Utilization (CCU) Lösungen aussehen kann.

Schließlich werden die Einzelbausteine in einem optimierten, kohärenten Anlagenverbund durch das übergreifende Teilprojektprojekt L-0 »Systemintegration« zusammengeführt. Für diese Systemintegration werden Simulationsrechnungen durchgeführt und Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit sowie Nachhaltigkeit durchgeführt.

Ebenfalls neu hinzugekommen ist das Teilprojekt L-KK »Koordination und Kommunikation«, das die Koordination des Gesamtprojekts sowie die Kommunikation innerhalb des Konsortiums sowie nach außen unterstützt. Die Gesamtkoordination des Verbundprojekts obliegt der thyssenkrupp AG, dem Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion sowie dem Fraunhofer UMSICHT. Zusätzlich sollen im Teilprojekt L-KK Vorschläge für den regulatorischen Rahmen für eine klimaneutrale Industrie bis 2050 erarbeitet werden.

Image-Broschüre

CO2-Reduzierung durch cross-industrielle Kooperation der Stahl-, Chemie- und Energiebranche – ein Blick auf die erste Förderphase von Carbon2Chem®.

Projektstruktur

Bei Carbon2Chem® kommen Grundlagenforschung, angewandte Forschung und Industrie zusammen. Ein Blick auf die Struktur dieser Zusammenarbeit.

Daten und Fakten

Vom Projektstart bis heute: wichtige Kennzahlen rund um Carbon2Chem®.

Glossar

Was sind Hüttengase? Und wo kommt Methanol zum Einsatz? Im Glossar werden wichtige Begriffe rund um Carbon2Chem® erläutert.

1.10.2020

CIT-Themenheft

Gerade erschienen!
Das zweite Themenheft Carbon2Chem® finden Sie unter:

Chemie Ingenieur Technik - CIT
Carbon2Chem® Teil 2 (Oktober 2020)
Volume 92, Issue 10

Labor und Technikum

Wie lassen sich Hüttengase, die bei der Stahlproduktion anfallen, als wertvolle Rohstoffquelle für die chemische Industrie erschließen? An dieser Frage wird an verschiedenen Orten geforscht.

Interviews

Ob Highlights oder Herausforderungen – in Interviews gewähren Projektkoordinatoren und -partner Einblicke in die Forschungsarbeit.

FONA

Informationen des BMBF zum Stand des Verbundprojekts Carbon2Chem®.

Elektronische Pressemappe

In unserer elektronischen Pressemappe finden Sie gebündelt Informationen zum Verbundprojekt Carbon2Chem®.  

Carbon2Chem®-Teilprojekte

2. Projektphase | 1.6.2020 bis 31.5.2024

 

Teilprojekt L-KK

Koordination und Kommunikation

Die projekteigene Geschäftsstelle übernimmt die Koordination sowie die interne und externe Kommunikation für den Gesamtverbund. Zusätzlich werden Lösungen zur klimaneutralen Industrie bis 2050 insbesondere in Hinblick auf die regulatorischen Rahmenbedingungen erarbeitet.

 

Teilprojekt L-0

Systemintegration

Schwerpunkt der Tätigkeit ist die Zusammenführung der Aktivitäten aus den anderen Teilprojekten. Die vorhandenen Verfahrenskonzepte werden nach verfahrenstechnischen, energetischen und nachhaltigen Gesichtspunkten aus Sicht des Gesamtsystems ausgearbeitet und optimiert.

 

Teilprojekt L-I

CO2-Quellen und Infrastruktur

Bereits entwickelte Lösungen sollen auf weitere CO2-intensive Industrien wie die Zement- und Kalkindustrie sowie die thermische Abfallbehandlung übertragen werden. Dabei soll der Nachweis erbracht werden, dass die Technologiemodule von Carbon2Chem® in der Lage sind, branchenübergreifend CO2-Emissionen zu mindern.

 

Teilprojekt L-II

Dynamische Methanolproduktion aus Hüttengasen

Ziel ist die konkrete Ausarbeitung der in der ersten Projektlaufzeit entwickelten Prozesskonzepte zur Herstellung von Methanol aus den Kuppelgasen der Hütte. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Scale-up von der Labor- zur Pilotanlage im Technikum.

 

Teilprojekt L-III

Synthesegas

Ziel ist es, die Robustheit der bereits erarbeiteten Konzepte zur Aufreinigung von Hüttengasen, zur Synthese diverser Chemikalien und insbesondere zur Systemintegration zu zeigen. Mit Abschluss der zweiten Projektlaufzeit soll eine industrielle Umsetzung realisierbar sein.

 

Teilprojekt L-IV

Höhere Alkohole

Im Fokus steht die Entwicklung eines katalytischen Gesamtprozesses zur direkten Umsetzung von aufbereitetem Kuppelgas zu kurzkettigen Alkoholen, Olefinen und synthetischen Kraftstoffen. Dieser Prozess soll anschließend zur Demonstrationsreife geführt werden.

 

Teilprojekt L-V

Carbon2Polymers

Erforschung und Entwicklung neuer (Teil-)Verfahren zur Herstellung von Polycarbonaten stehen im Zentrum des Teilprojektes. Die stoffliche Nutzung der Kuppelgase ermöglicht der chemischen Kunststoffindustrie den Zugang zu einer alternativen Rohstoffbasis und führt damit zu einer Reduzierung bei der Nutzung von fossilen Rohstoffen wie Erdöl.

Teilprojekt L-VI

Synthetische Kraftstoffe

Video: CO2-Reduktion in der Stahl- und Chemieindustrie

Die Ziele von Carbon2Chem® kurz erklärt.

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Unter Verwendung erneuerbarer Energien will das Verbundprojekt Carbon2Chem® fossile Rohstoffe mit unvermeidbaren Kohlendioxid-Emissionen aus der Stahlindustrie ersetzen. CO2 wird so ein Rohstoff für die Chemieindustrie.

1. Projektphase – 2016 bis 2020

Archiv | 15.3.2016 - 31.5.2020

Kompetenzen des Fraunhofer UMSICHT