Industrie + Technik

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Kohlenstoffneutral | Chinas Mineralölgigant Sinopec will mit einem Forschungszentrum am Institute for Process Engineering (IPE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking kohlenstoffneutrale Techniken entwickeln. Das IPE gründete im Jahr 2013 einen Exzellenzcluster für wenig umweltschädliche Technologien, The World Academy of Sciences (CAS-TWAS), das Projekte mit Thailand, Myanmar, Kambodscha, Saudi-Arabien und anderen Ländern vorantreibt.Hochdurchsatzsystem | Shimadzu, japanischer Hersteller analytischer Messgeräte, hat an der Universität Kobe den Prototyp eines neuartigen Hochdurchsatzsystems zur LC-MS-Analyse von 186 Zwischen- und Endprodukten des mikrobiellen Stoffwechsels installiert. Damit lassen sich hochfunktionelle Mikroorganismen für Fermentationsverfahren (smart cells) 20-mal schneller als bisher selektieren.Genveränderte Tomaten | Sanatech Seed, eine Ausgründung der Universität Tsukuba in Japan, darf genveränderte Tomaten freisetzen. Die Sorte „Sicilian Rouge High GABA # 87–17“ stammt aus der Kochtomatensorte „Sicilian Rouge CF“, der über Selbstbefruchtung ein Crispr/Cas9-Gen übertragen wurde. Es modifiziert die Funktion der Glutamat-Decarboxylase, sodass die Tomate vier- bis fünfmal höhere Mengen des Blutdrucksenkers γ-Aminobuttersäure (Gaba) akkumuliert. Die Behörden haben den Vertrieb von Setzlingen der F1-Hybride dieser Sorte nach den Maßgaben des Carthagena-Protokolls vorläufig freigegeben.<a href="https://sanatech-seed.com/en" target="_blank">sanatech-seed.com/en</a>Sozialistisch | Die chinesischen Behörden haben Anfang des Jahres den aus dem Jahr 2014 stammenden „Code of Integrity and Related Conduct in Medical Research“ in 35 Artikeln aktualisiert. Der Prozess medizinischer und biologischer Studien, vom Projektantrag bis zur Veröffentlichung, unterliegt nun strengen Anforderungen an die Integrität des einzelnen Forschers und der Institution im Hinblick auf die „sozialistischen Grundwerte“. Im Vordergrund stehen ethisches Verhalten, biologische Sicherheit und Dokumentation. Verstöße dagegen sind allerdings nicht strafbar.Brenzcatechin | Das Research Institute for Innovative Technologies for the Earth (Rite) bei Kyoto hat bei der mikrobiellen Produktion von Catechol die Ausbeute erhöht. Dazu wurde der Stoffwechsel von Corynebacterium glutamicum mit Metabolic Engineering und synthetischer Biologie so umgeleitet, dass die Catechol-Ausbeute im Vergleich zum Ausgangsstamm um das 500-Fache erhöht war. Catechol (Brenzcatechin) ist ein Zwischenprodukt der Synthese von Farb- und Riechstoffen.Rolf Schmid, <a href="https://bio4business.eu" target="_blank">bio4business.eu</a>

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Blick nach Asien

Kohlenstoffneutral | Chinas Mineralölgigant Sinopec will mit einem Forschungszentrum am Institute for Process Engineering (IPE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking kohlenstoffneutrale Techniken entwickeln. Das IPE gründete im Jahr 2013 einen Exzellenzcluster für wenig umweltsch...

Es mangelt an klimaneutral hergestelltem Wasserstoff. Mit welchen Methoden und Maßnahmen die Industrie ihren Bedarf decken kann.
Wasserstoff – produziert durch die Elektrolyse von Wasser mit Strom aus erneuerbaren Quellen – könnte industrielle Abläufe dekarbonisieren. Die Europäische Union soll bis zum Jahr 2050 klimaneutral und das Wirtschaftswachstum vom Verbrauch natürlicher Ressourcen entkoppelt sein – auf diesen Green Deal haben sich Europas Staats- und Regierungschefs verständigt. Bis zum Jahr 2030 will die EU dafür ihren CO2-Ausstoß um 55 Prozent reduzieren. Wasserstoff wird dabei zum Hoffnungsträger, vor allem als Alternative zu Erdöl und Erdgas für Raffinerien, Chemie- und Stahlunternehmen.Solchen grün genannten Wasserstoff gibt es zu wenig. Die Industrie kann sich nicht großflächig damit versorgen. Wie sich das ändern lässt und wie die Industrie an große Mengen grünen Wasserstoffs kommt, dafür gibt es Ansatzpunkte und Projekte.<h2>Die Farbenlehre des Wasserstoffs</h2>Nicht jeder Wasserstoff ist als grün zu bezeichnen (Abbildung). Ähnlich wie beim Strom kommt es auf die Quelle und die Art der Produktion an. Heute nutzt die Industrie fast ausschließlich grauen Wasserstoff. Dieser stammt aus Erdgas, zumeist über das Steam-Reforming-Verfahren. Dabei entweicht CO2 in die Atmosphäre.Beim blauen Wasserstoff wird das Kohlenstoffdioxid des Erdgases im Dampfreformationsverfahren vom Wasserstoffanteil getrennt und unterirdisch dort gespeichert, wo vorher der fossile Energieträger gefördert wurde.Wird Erdgas thermisch gespalten und der Kohlenstoff in fester Form abgeschieden, nennt man den resultierenden Wasserstoff türkis. Dieses Verfahren kann unter zwei Bedingungen als CO2-neutral gelten: Das Verfahren arbeitet mit Strom aus erneuerbaren Quellen und bindet zudem den Kohlenstoff dauerhaft, etwa als Industrierohstoff.<h2>Der CO2-Preis erhöht den Druck</h2>Produzierende Unternehmen brauchen Energie- und Wasserstoffquellen, die von Erdöl und Erdgas unabhängig sind. Damit lässt sich CO2-neutral produzieren. Dies gilt vor allem für Industriezweige mit hohem Energie- und Rohstoffbedarf wie die Chemiebranche. Zum Jahreswechsel hat sich der Druck erhöht, solche Quellen zu finden. Denn seitdem kostet die Emission von Kohlendioxid in Deutschland als Teil des Klimaschutzprogramms der Bundesregierung 25 Euro pro Tonne CO2. Dies zahlen Unternehmen, die Heizöl, Erdgas, Benzin und Diesel verkaufen, und sie werden die Kosten an ihre Abnehmer weitergeben. Bis zum Jahr 2030 könnte der CO2-Preis auf 75 Euro steigen.Trotz dieser CO2-Bepreisung ist grauer Wasserstoff zurzeit günstiger als grüner Wasserstoff. Auf lange Sicht müssen sich die Unternehmen aber umstellen. Denn der Regulierungsdruck wächst – und mit ihm das Risiko weiterer oder höherer Abgaben. Deshalb müssen Unternehmen sich selbst um H2-Quellen und -Produktionswege kümmern. Eine Möglichkeit ist, sich an einem Wasserstoff-Ökosystem zu beteiligen. Es besteht aus Energielieferanten, -umwandlern sowie -abnehmern und verbindet ökonomische mit ökologischen Interessen.<h2>Regionales Wasserstoff-Ökosystem</h2>Eines der ersten Ökosysteme dieser Art ist das Projekt „Reallabor Westküste 100“ an der schleswig-holsteinischen Nordseeküste – einer Region mit hohem Windaufkommen [Nachr. Chem. 2021, 69(3), 24]. Hier haben sich Stromerzeuger, Technikanbieter, eine Raffinerie, ein Zementwerk und die Region miteinander verbunden. Die Allianz erzeugt mit Strom aus einem Windpark über Elektrolyse H2 und als Nebenprodukt O2 und transportiert beides in die jeweiligen Produktionsanlagen.Die Raffinerie verarbeitet den Wasserstoff. Das Zementwerk nutzt den Sauerstoff und senkt damit seine Stickoxidemissionen. Bei der Zementproduktion wird entstehendes CO2 mit Wasserstoff zu Kerosin für den Flughafen Hamburg weiterverarbeitet. Das Ökosystem lässt sich so abseits der Allianz weiter vernetzen.<h2>Wasserstoffquellen ergänzen</h2>Noch sind Ökosysteme wie „Westküste 100“ im Projektstadium. Vorerst und auf absehbare Zeit lässt sich grüner Wasserstoff in Deutschland nicht konkurrenzfähig produzieren – zumindest nicht in dem Maß, in dem die hiesige Industrie ihn benötigt. Denn die Menge an Strom aus erneuerbaren Quellen ist zu gering. Daher wird der Import von Wasserstoff wichtig bleiben, und zwar nicht nur der von grünem Wasserstoff, sondern auch von Mischformen.Sowohl jetzt als auch mittelfristig sind die Voraussetzungen für eine vollständige Umstellung auf grünen Wasserstoff nicht gegeben. Allein die chemische Industrie würde einer Studie des Verbands der Chemischen Industrie zufolge 628 TWh Strom benötigen, um bis zum Jahr 2050 Treibhausgasneutralität zu erreichen.1) Dies entspricht etwa der gesamten heutigen Stromproduktion in Deutschland.Lokal produzierter grüner Wasserstoff kann also nicht die einzige Lösung sein. Unternehmen sollten in ihren Bezugsstrategien mehrgleisig fahren und verschiedene Wasserstoffquellen nutzen, auch wenn sie nicht hundertprozentig klimaneutral sind.<h2>Wasserstoff importieren</h2>Eine Option ist es, Wasserstoff zu importieren, produziert mit Strom von Photovoltaikanlagen in Südeuropa und Nordafrika. Im Januar startete das Projekt „Hydeal“. Die Idee ist, bis zum Jahr 2030 in Spanien 67 Gigawatt Elektrolysekapazitäten für grünen Wasserstoff aufzubauen. Er soll durch Fernleitungen für Erdgas, die dann umgewidmet werden, bis nach Deutschland gelangen.Des Weiteren hat die Bundesregierung im Rahmen der Wasserstoffstrategie eine Partnerschaft mit Marokko geschlossen. Marokko und andere nordafrikanische Staaten bieten Solarstrom zu vier Cent pro Kilowattstunde an. Bis zum Jahr 2050 lassen sich dort womöglich zwei Cent pro Kilowattstunde erreichen. Zurzeit zahlen industrielle Großabnehmer in Deutschland bei maximaler Entlastung von Steuern und Abgaben zwischen 4,5 und 5,6 Cent pro Kilowattstunde.2)Alternativ zum Pipelinetransport lässt sich Wasserstoff vor Ort zu Ammoniak, Methanol oder Kraftstoffen weiterverarbeiten und so einfacher befördern. Hinter diesem Power-to-Ammonia-Weg steht das Haber-Bosch-Verfahren, das großindustriell vor allem dazu dient, Stickstoffdünger zu produzieren. Eine umweltfreundlichere Variante ersetzt konventionell hergestellten durch grünen Wasserstoff.Die hohe Energiedichte der Wasserstoffverbindungen im Vergleich zu gasförmigem Wasserstoff und die einfachere Handhabung ermöglichen einen wirtschaftlichen Transport per Schiff. Ammoniak lässt sich dann in Deutschland als Rohstoff für die Industrie oder als alternativer Kraftstoff für Motorennutzen, etwa in der Schifffahrt.Damit können auch Regionen, die von Deutschland weiter entfernt sind, wie der nahe Osten oder Südamerika zu Lieferanten klimaneutraler Energie werden.<h2>Förderungen nutzen</h2>Um das Potenzial klimaneutralen Wasserstoffs für die Dekarbonisierung der Industrie nutzen zu können, sind stabile, länderübergreifende Partnerschaften und eine H2-Infrastruktur nötig. Die Unternehmen sollten auf die Politik einwirken, diese aufzubauen, sodass sich die Industrie langfristig vollständig mit klimaneutralem H2 versorgen kann. Nur dann ist die Energiewende in energieintensiven Unternehmen, etwa der Chemieindustrie, umsetzbar.Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette von klimaneutralem Wasserstoff können Fördertöpfe nutzen. Die Kunst dabei ist, die nationalen und internationalen Programme zu kennen, zu kombinieren und die für die Antragstellung benötigten Konzepte aufzustellen.Peter Hartl ist Chemicals-&amp;-Energy-Experte bei der Managementberatung Horváth &amp; Partners in Stuttgart.<figure><img src="https://media.graphcms.com/RPI2awCdQPSfiXCgRr55"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Wasserstoff, farblich klassifiziert nach Art der Erzeugung. Grafik: Horvath &amp; Partners</figcaption></figure>

<ul class="references"><li>
1 Zur Studie des Verbands der Chemischen Industrie: <a href="https://t1p.de/cibt" target="_blank">t1p.de/cibt</a></li><li>
2 Zur Strompreisanalyse des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft: <a href="https://t1p.de/4s3v" target="_blank">t1p.de/4s3v</a></li></ul>

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