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Neue Energie aus Abgas gewinnen

Anstatt den Klimawandel zu verstärken, kann Kohlendioxid auch als chemischer Träger genutzt werden, um Brennstoffe wie Methan oder Chemikalien herzustellen. ZHAW-Forscher Andre Heel erklärt im Interview, wie sich das CO2 mit neuartigen Power-to-Gas-Technologien effizienter verwerten lässt.

Allein in der Schweiz verursacht die Zementproduktion jährlich rund 2,5 Millionen Tonnen CO2-Emissionen, die genutzt werden könnten, anstatt sie in die Luft abzulassen.
Andre Heel ist Head of Laboratory Process Technology am ZHAW-Institute of Materials and Process Engineering (IMPE).

Sie leiten mehrere Forschungsprojekte mit dem Ziel, die Emissionen von CO2 durch dessen Wiederverwertung zu reduzieren. Wie muss man sich das vorstellen?
Andre Heel: Die Grundidee der sogenannten CO2-Valorisierung ist ein chemischer Prozess: Wir koppeln Kohlendioxid (CO2) mit erneuerbarem Wasserstoff (H2) und erzeugen so Methan (CH4) – also synthetisches Erdgas, das als Energieträger vielseitig einsetzbar ist. Das Methan aus unserem Prozess kann aufgrund seiner hohen Reinheit von nahezu 100 Prozent direkt in das bestehende Schweizer Gasnetz eingespeist und damit den Gasverbrauchern zugänglich gemacht werden. Eine aufwändige Nach- oder Aufbereitung und notwendige Infrastrukturen lassen sich somit einsparen. Unser Forschungsschwerpunkt liegt nun zum einen auf der nachhaltigen Produktion von erneuerbarem H2, zum anderen auf der Effizienz dieser CO2-Methanisierung. Um substanzielle Mengen an CH4 produzieren zu können, benötigen wir neben dem entsprechenden H2 grosse Mengen an CO2.

Welche CO2-Emissionsquellen sollen dafür genutzt werden?
Mit einem Anteil von rund 32 Prozent stösst der Verkehr zwar das meiste CO2 in der Schweiz aus, ist aber aufgrund der Millionen von einzelnen Emissionsquellen als Lieferant nicht sinnvoll. Gleiches gilt für Privathaushalte, die übrigens einen Anteil von 18 Prozent ausmachen. Wir fokussieren uns deshalb auf die industriellen CO2-Emissionen, insbesondere diejenigen aus der Zementproduktion. Diese verursacht rund 2,5 Millionen Tonnen CO2-Emissionen jährlich, was immerhin etwa sieben Prozent des schweizweiten CO2-Ausstosses ausmacht. Jedoch stammt das CO2 in der Zementproduktion zu 60 Prozent aus den geologischen Rohstoffen und ist somit nicht beliebig reduzierbar. Die verbleibenden 40 Prozent stammen aus fossilem Brennstoff, der durch erneuerbare Energieträger ersetzt werden könnte.

Wie sieht Ihre Vision aus?
Im Bereich Power-to-Gas bietet sich der Zementindustrie eine einmalige Chance für einen zukünftigen Business-Case: Das CO2 liegt nämlich mit bis zu 30 Prozent hochkonzentriert vor und wird schweizweit an nur sechs Standorten emittiert. Anstatt es einfach in die Luft abzulassen, kann man dort die CO2-Valorisierung im grossen Massstab optimal umsetzen. Damit könnten riesige Mengen an fossilen Erdgasimporten substituiert und die CO2-Bilanz deutlich verbessert werden. Darüber hinaus lässt sich das CO2 auch für die Herstellung von sogenannten Vorläuferchemikalien für die Industrie nutzen. Damit wird man eine noch längere Bindung des CO2 in einem Wertstoffzyklus erreichen.

Fossiles Erdgas ist dennoch rund drei Mal günstiger als die Herstellung von Power-to-Gas-basiertem Methan. Ökonomisch gesehen lohnt es sich also nicht, oder?
Das ist zu kurz gefasst. Die Auflagen für den CO2-Ausstoss werden immer strenger. Die Industrie hat also ein Interesse an der Senkung ihrer Emissionen. Wird das bis dato nutzlose CO2 als Ersatz für fossile Brennstoffe oder mittels Brennstoffzellen für die Wärme- und Stromversorgung wiederverwertet, entsteht auch ein wirtschaftlicher Nutzen. Entwickeln wir unsere Technologien weiter, wird sich der Gesamtprozess ausserdem künftig deutlich effizienter und kostengünstiger darstellen. Damit wird synthetisches CH4 in Zukunft nicht nur ökonomisch interessanter, sondern auch noch umweltfreundlicher.

Wann kann diese Technologie konkret zum Einsatz kommen?
Wir haben die Methode mit unseren Forschungs- und Industriepartnern bereits so weit entwickelt, dass das synthetische Methan wegen seiner besonderen Reinheit direkt einspeisefähig ist. Wir testen das Verfahren derzeit in grösserem Massstab im Rahmen einer Hochleistungs-Power-to-Gas-Anlage, die den weltweit höchsten Wirkungsgrad erreichen soll.