Industrie + Technik

Der Münchner Chemiekonzern Wacker Chemie hat die HCl-Anlage in Burghausen ausgebaut (<link href="#nadc20234136533-fig-0001">Foto). Die Kosten lagen im niedrigen zweistelligen Millionen-Euro-Bereich. Hauptabnehmer der zusätzlichen HCl-Mengen ist die Halbleiterindustrie, die das Gas als Ätz- und Reinigungsmedium einsetzt.<figure xml:id="nadc20234136533-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/XgfsxWMsQAWc54tDPkN4"><figcaption><label>Abb.1: </label><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/XgfsxWMsQAWc54tDPkN4"><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/uKG9RqzsQxoScIPGFX80"><figcaption><label>Abb.1: </label>Die neue Produktionslinie für Chlorwasserstoff in Burghausen. Foto: Wacker Chemie</figcaption></figure></figcaption></figure></figure>Zudem baut Wacker für über 300 Mio. Euro Kapazitäten zum Reinigen von Polysilicium. In Burghausen soll bis Anfang 2025 eine neue Fertigungslinie mit 50 % höherer Kapazität entstehen.

Wacker

Mehr Chlorwasserstoff

Der Münchner Chemiekonzern Wacker Chemie hat die HCl-Anlage in Burghausen ausgebaut (Foto). Die Kosten lagen im niedrigen zweistelligen Millionen-Euro-Bereich. Hauptabnehmer der zusätzlichen HCl-Mengen ist die Halbleiterindustrie, die das Gas als Ätz- und Reinigungsmedium einsetzt.Abb.1: Abb.1: D...

Die Chemie als Industrie und Wissenschaft braucht Energie und Kohlenstoffquellen, st&ouml;&szlig;t Treibhausgase aus und bietet gleichzeitig Innovationen, Emissionen zu reduzieren. Sektoren wie Stromerzeugung, Produktion, Verkehr und W&auml;rme m&uuml;ssen interdisziplin&auml;r zusammenarbeiten und Ma&szlig;nahmen priorisieren, um CO2-Emissionen zu senken.
Die Energiewende als Umbau der Energieversorgung wurde in Deutschland mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und dem Atomausstieg politisch entschieden. Die Menge erneuerbarer Energie, die ins deutsche Stromnetz eingespeist wurde, ist von zirka 20 Mrd. kWh im Jahr 1990 auf mehr als 230 Mrd. kWh, also auf 46 Prozent des inl&auml;ndischen Stroms im Jahr 2022, gestiegen.1) Der Anteil regenerativer Energiequellen im Verkehrs- und W&auml;rmesektor ist dabei mit 17 Prozent beziehungsweise 7 Prozent jeweils viel kleiner. Zudem betrug der Anteil an Strom aus Kohlekraftwerken ein Drittel der gesamtdeutschen ins Netz eingespeisten Elektrizit&auml;t.2)
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<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/5vCZz4c4SaWTgxUt7pk8" />
<figcaption><label>Abb.1: </label>Energieformen sind f&uuml;r eine nachhaltige Industrie zu vernetzen. Bildnachweis: desinko / Adobe Stock</figcaption>
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In den Jahren 1990 bis 2022 sanken die Treibhausgasemissionen innerhalb Deutschlands dem Umweltbundesamt zufolge von 1250 Mio. Tonnen CO2-&Auml;quivalenten auf 746 Mio. Tonnen.3) Weltweit stiegen sie im gleichen Zeitraum von zirka 30 Mrd. Tonnen CO2-&Auml;quivalenten auf fast 50 Mrd. Tonnen.4) Das entspricht einer Steigerung um fast zwei Drittel.
Um das Mittelfristziel der Treibhausgas(THG)-Reduktion zu erreichen, muss innerhalb der n&auml;chsten Jahre der konsequente Einstieg in eine m&ouml;glichst regionale klimaneutrale, effiziente und sektoren&uuml;bergreifende Energieinfrastruktur erfolgen: beim Erzeugen, Verteilen und Speichern von Energie. Die EU gibt ein 55-Prozent-Reduktionsziel bis zum Jahr 2030 vor, das nur &uuml;ber einen Systemwechsel zu erreichen ist.
<h2 type="main">Energiewende in der Industrie</h2>
Bisher haben einzelne Interessengruppen wie Energiewirtschaft, Stahl-, Chemie- oder Autoindustrie die Energiewende der Industrie sektorbezogen betrachtet und optimiert. Krisenhafte Konflikte zeigen die energiepolitischen, wirtschaftspolitischen und ressourcenm&auml;&szlig;igen weltweiten Abh&auml;ngigkeiten von autorit&auml;ren M&auml;chten und Problemregionen. Beispiele sind der Krieg in der Ukraine und die gegenseitige daraus folgende Sanktionierung sowie die Rohstoffabh&auml;ngigkeit von China bei Computerchips oder Rohstoffen wie Seltenerdmetallen und Cobalt f&uuml;r Batterien (im Zusammenhang mit dem China-Taiwan-Konflikt).
Bisherige Atomkraftwerke durch Kohle- und Gaskraftwerke zu ersetzen, widerspricht dem Ziel der dauerhaften klimaneutralen Energieversorgung. Gleiches gilt f&uuml;r das Ersetzen ausgefallener Gaslieferungen aus Russland durch Investitionen in verfl&uuml;ssigtes Erdgas (liquified natural gas, LNG). Mittelfristig k&ouml;nnten diese Techniken dennoch wichtig sein, um den Kohlenwasserstoffbedarf der chemischen Industrie zu decken. Erdgas ist nicht nur Energietr&auml;ger, sondern auch Rohstoffquelle f&uuml;r Kohlenwasserstoffe, die f&uuml;r die Produktion organischer Chemieprodukte ben&ouml;tigt werden: etwa Kunststoffe wie Polyethylen und Polypropylen, Kraft- und Schmierstoffe, D&uuml;ngemittel, Pharmazeutika und Kosmetika.
<h2 type="main">Mangelware erneuerbare Energie</h2>
Nur Wind- und Solarenergieanlagen auszubauen l&ouml;st die Grundprobleme nicht: Au&szlig;er Strom ben&ouml;tigt die Prozessindustrie als Ersatz f&uuml;r Naphtha gro&szlig;e Mengen chemischer Rohstoffe sowie Industrie und Geb&auml;ude generell gro&szlig;e Mengen W&auml;rme und chemische Rohstoffe. Zudem gibt es bei regenerativer Energie eine zeitliche und &ouml;rtliche L&uuml;cke zwischen Energieerzeugung und -bedarf, Stichwort Dunkelflaute. Dunkelflaute steht f&uuml;r die Kombination aus fehlendem Wind bei gleichzeitiger Dunkelheit, wodurch Strom weder aus Windenergie noch PV-Anlagen generiert werden kann.
Bereits heute werden in Deutschland Wind- und Solaranlagen zur Stromnetzstabilisierung abgeregelt, also vom Stromnetz genommen.5) Im Jahr 2021 waren das 5,82 Mrd. kWh, im Jahr 2010 nur 127 Mio. kWh; also ist die Menge um fast 5000 Prozent gestiegen. Zudem stammen mehr als 10 Prozent der Regelleistung in Deutschland aus treibhausgasintensiven Kraftwerkstypen.6) Die Regelleistung ist die elektrische Leistung, die ein Netzbetreiber ben&ouml;tigt, um unvorhergesehene Leistungsschwankungen in seinem Stromnetz auszugleichen. Energiespeicher sind ein wichtiger Baustein, um diesen Ausgleich der Leistungsschwankungen sinnvoll zu nutzen.
<h2 type="main">Energiespeicher</h2>
Bei Speichertechniken sind die Form der Eingangsenergie und die Nutzform zu unterscheiden: Mechanisch, elektrisch oder elektrochemisch gespeicherter Strom l&auml;sst sich zur Stromerzeugung nutzen. Chemisch gespeicherter Strom erm&ouml;glicht zus&auml;tzlich die Nutzung als Kraftstoff oder chemischem Rohstoff (Grafik S. 34).
<figure xml:id="nadc20234136852-fig-0002">
<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/IdeZRPcOStK4PWAJcO7j" />
<figcaption><label>Abb.2: </label>Einteilung von Energiespeichertechniken.8)</figcaption>
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Dabei zeigt sich, dass sich besonders stoffliche Energiespeicher (in der Grafik: chemische Speicher) wie Wasserstoff oder Methanol dazu eignen, Sektoren zu koppeln. So lassen sich mit gespeicherter Energie beispielsweise W&auml;rme oder Strom erzeugen, Fahrzeuge antreiben oder Rohstoffe f&uuml;r Synthesen erhalten. Allerdings ist bei stofflicher Energiespeicherung der Umwandlungsverlust viel gr&ouml;&szlig;er als bei der elektrochemischen, elektrischen oder mechanischen Energiespeicherung.
<h2 type="main">Situation der Chemieindustrie</h2>
W&auml;rme ist die zurzeit in Deutschland am meisten ben&ouml;tigte Energieform. Etwa zwei Drittel des Endenergieverbrauchs der Industrie und der Privathaushalte erzeugt W&auml;rme.7) Allerdings sind die anderen Energie- und Nutzungsformen meist wertvoller. Beispielsweise kostet eine Kilowattstunde W&auml;rme weniger als eine Kilowattstunde Strom oder die &auml;quivalente Menge Wasserstoff.
Die Rolle der Chemie ist hierbei ambivalent: Die Chemie ist einerseits als Industrie nach der Eisen- und Stahlindustrie zweitgr&ouml;&szlig;ter Energieverbraucher und drittgr&ouml;&szlig;ter Treibhausgasemittent. Die Umstellung der Chemie auf CO2 als Rohstoff w&uuml;rde den Energiebedarf der Chemie verzehnfachen.9)
Andererseits l&auml;sst sich mit chemischen Produkten wie LED oder Isoliermaterialien Energie sparen. Chemiebasierte Werkstoffe wie Verbundwerkstoffe f&uuml;r Windradfl&uuml;gel, Solarzellen, Materialien f&uuml;r Akkumulatoren und Elektrolysezellen erm&ouml;glichen zudem erst die Energiewende. Zur Produktion all dieser wichtigen Produkte ben&ouml;tigt die Chemie teils kritische Rohstoffe, darunter Cobalt und Lithium f&uuml;r leistungsstarke Akkumulatoren.
Fossile Kohlenstoffquellen als Chemierohstoffe durch Abfallstr&ouml;me, Biomasse oder CO2 zu ersetzen erh&ouml;ht den durchschnittlichen Energiebedarf der Verfahren um ein Vielfaches. In der aktuellen Phase des &Uuml;bergangs werden Strom aus regenerativen Quellen und biobasierte Chemieprodukte erst nach und nach verf&uuml;gbar. Dies sind also Engpassressourcen. In dieser Zeit gilt es, den Energiebedarf zu minimieren und damit die CO2-Produktion so klein wie m&ouml;glich zu halten. Die Ma&szlig;nahmen sowohl hinsichtlich der knappen investiven Mittel als auch der CO2-Einspareffekte m&uuml;ssen deshalb priorisiert werden. Wie und durch wen dies geschehen kann, soll in einem Folgebeitrag konkreter herausgearbeitet werden.
<h2 type="main">L&ouml;sungsans&auml;tze</h2>
Zu den technischen Problemen beim Projekt- und Portfoliomanagement bei der Energiewende geh&ouml;ren
<list><listitem>der im Vergleich zur Verf&uuml;gbarkeit regenerativer Energiequellen h&ouml;here Energieverbrauch, besonders bei W&auml;rme und Mobilit&auml;t,</listitem><listitem>die unstetige Stromproduktion aus regenerativen Quellen und saisonale Effekte, besonders der h&ouml;here W&auml;rmebedarf im Winter,</listitem><listitem>die Stabilisierung der Stromnetze im Hinblick auf ihre Verkn&uuml;pfung und</listitem><listitem>der steigende Energiebedarf beim Umbau der chemischen Rohstoffversorgung aus nichtfossilen Quellen.</listitem></list>
Abhilfe k&ouml;nnen folgende allgemeine Ma&szlig;nahmen schaffen:
<list><listitem>Energieressourcenverbrauch auf das notwendige Ma&szlig; reduzieren, ohne Industrie und Gesellschaft zu &uuml;berfordern,</listitem><listitem>Abw&auml;rme und Abf&auml;lle als Ressourcen verwenden, wobei stoffliche Nutzung wertvoller als energetische Nutzung ist,</listitem><listitem>netzstabilisierende Ma&szlig;nahmen wie angebotsoptimierter Energieverbrauch,</listitem><listitem>Ausbau von Gro&szlig;stromspeicherkapazit&auml;ten vorhandener und im Pilotma&szlig;stab erprobter Strom- und Energiespeichertechniken und</listitem><listitem>Nutzung der freien Netzkapazit&auml;ten au&szlig;erhalb der Spitzenlastzeiten (load shifting).8,10)</listitem></list>
<h2 type="main">Thinktank Energiewende: Drei Fragen an Koordinator Martin Vollmer</h2>
Was macht der GDCh-Thinktank Energiewende?
Er bearbeitet die Herausforderungen der Energiewende aus Sicht der Chemie als Wissenschaft und Industriezweig. Wir wollen mit unseren Expert:innen eine neue Perspektive bieten und die Energiewende von der Chemie her denken. Dabei spielt die systemtechnische Betrachtung eine entscheidende Rolle, um Empfehlungen f&uuml;r eine Reduktion von Treibhausgasen geben zu k&ouml;nnen.
Was ist dabei wichtig?
Die Energiewende ist eine multisektorielle und interdisziplin&auml;re Herausforderung. Die Frage ist, ob die richtigen Priorit&auml;ten in puncto Investition und Innovation gesetzt sind, um &ouml;kologische und &ouml;konomische Ziele in Einklang zu bringen. Hier wollen wir Impulse geben und laden Interessierte ein, mit uns zu arbeiten und einen Dialog zu f&ouml;rdern.
Planen Sie weitere Beitr&auml;ge?
Ja, dem Thinktank bietet sich gen&uuml;gend Z&uuml;ndstoff, um die &ouml;ffentliche Diskussion auf Basis wissenschaftlicher Fakten aus Sicht der Chemie zu begleiten. Nach Etablierung des Thinktank-Modells k&ouml;nnten wir uns gut vorstellen, weitere brisante Themen im Kontext Nachhaltigkeit und zirkul&auml;rer Wirtschaft aus systemtechnischer Sicht aufzugreifen. Man darf durchaus gespannt sein.
Martin Vollmer ist promovierter Chemiker und seit dem Jahr 2016 Mitglied des GDCh-Vorstands. Nach knapp 25 Jahren in der chemischen Industrie ist er in die Baustoffindustrie gewechselt und seit Juni 2022 Chief Research &amp; Development Officer und Mitglied des Vorstands der BMI Group. Seine Mitstreiter im Thinktank sind Florian Budde, Klaus-Dieter Franz, Joachim von Heimburg, Wolfgang H&uuml;binger, Gerhard Karger, Thomas Osterland und Emil Roduner.
<h2 type="main">Termin: Thinktank-Diskussionsforum</h2>
Sie wollen mit den Autoren des Beitrags &bdquo;Was zu beachten und zu tun ist&ldquo; noch einmal &uuml;ber die Herausforderungen der Energiewende diskutieren?
Sie haben noch Fragen zu den damit zusammenh&auml;ngenden komplexen Sachverhalten, die sich nicht einfach auf ein &bdquo;entweder &ndash; oder&ldquo; reduzieren lassen?
Kein Problem. Der GDCh-Thinktank-Energiewende organisiert am 27. September von 18 bis 20 Uhr online ein Diskussionsforum mit den Autoren und weiteren Engagierten des Thinktanks, zu dem Sie herzlich eingeladen sind.
Zur kostenlosen Registrierung f&uuml;r das Zoom-Meeting gelangen Sie unter <a href="https://bit.ly/3OQDWr9" target="_blank" rel="noopener">bit.ly/3OQDWr9</a>.
<h2 type="main">Die Autoren</h2>
Den Beitrag verfasst haben Thomas Osterland (Foto), Wolfgang Huebinger, Klaus-Dieter Franz, Emil Roduner und Joachim von Heimburg. Osterland ist seit dem Jahr 2015 Professor f&uuml;r chemische Technologie an der Hochschule Augsburg in der Fakult&auml;t Maschinenbau und Verfahrenstechnik. Huebinger erarbeitet bei BASF in Ludwigshafen Langfriststrategien, abgeleitet aus Technologieentwicklung, Forschungssteuerung und Scouting. Franz ist Lehrbeauftragter an der TU Darmstadt und der Uni Frankfurt (Innovation und Aufbau neuer Gesch&auml;fte in Chemie und Pharma). Roduner ist Professor f&uuml;r physikalische Chemie an der Uni Stuttgart sowie au&szlig;erordentlicher Professor der Uni von Pretoria (im Ruhestand). Der promovierte Physiker von Heimburg ist Innovationsarchitekt und Berater f&uuml;r industrielle Forschung und Entwicklung.<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/AeKi01BvQYWOMSmjCzQx" />
Foto: Valeska Schweizer
<h2 type="main">AUF EINEN BLICK</h2>
Die Energiewende in Deutschland hat trotz des Zubaus an regenerativer Energieerzeugung bisher nur zu einer m&auml;&szlig;igen Treibhausgasreduktion gef&uuml;hrt.
Die Chemie als Industrie und Wissenschaft ist gleichzeitig Gro&szlig;energieverbraucher, Treibhausgasemittent und L&ouml;sungsanbieter durch Innovationen im Energiesektor. Chemische Produktion ist zudem auf Kohlenstoffquellen angewiesen.
Die Energiewende ist eine multisektorielle und interdisziplin&auml;re Herausforderung. Sie braucht eine Ma&szlig;nahmenpriorisierung, die Kosten gering h&auml;lt und gr&ouml;&szlig;tm&ouml;gliche Einspareffekte bei Treibhausgasemissionen erreicht.
<ul class="references" xml:id="nadc20234136852-bibl-0001" cited="no">
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0001">1 <a href="https://destatis.de/DE/Themen/Branchen-Unternehmen/Energie/Erzeugung/_inhalt.html" target="_blank" rel="noopener">destatis.de/DE/Themen/Branchen-Unternehmen/Energie/Erzeugung/_inhalt.html</a></li>
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0002">2 <a href="https://destatis.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2023/03/PD23_090_43312.html" target="_blank" rel="noopener">destatis.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2023/03/PD23_090_43312.html</a></li>
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0003">3 <a href="https://umweltbundesamt.de/daten/klima/treibhausgas-emissionen-in-deutschland" target="_blank" rel="noopener">umweltbundesamt.de/daten/klima/treibhausgas-emissionen-in-deutschland</a></li>
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0004">4 <a href="https://de-statista-com.ezproxy.hs-augsburg.de/statistik/daten/studie/311924/umfrage/treibhausgasemissionen-weltweit/" target="_blank" rel="noopener">de-statista-com.ezproxy.hs-augsburg.de/statistik/daten/studie/311924/umfrage/treibhausgasemissionen-weltweit/</a></li>
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0005">5 <a href="https://de-statista-com.ezproxy.hs-augsburg.de/statistik/daten/studie/617949/umfrage/einspeisemanagement-in-deutschland/" target="_blank" rel="noopener">de-statista-com.ezproxy.hs-augsburg.de/statistik/daten/studie/617949/umfrage/einspeisemanagement-in-deutschland/</a></li>
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0006">6 <a href="https://bundeskartellamt.de/SharedDocs/Publikation/DE/Berichte/Marktmachtbericht_2021.html" target="_blank" rel="noopener">bundeskartellamt.de/SharedDocs/Publikation/DE/Berichte/Marktmachtbericht_2021.html</a></li>
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0007">7 <a href="https://umweltbundesamt.de/daten/energie/energieverbrauch-nach-energietraegern-sektoren#allgemeine-entwicklung-und-einflussfaktoren" target="_blank" rel="noopener">umweltbundesamt.de/daten/energie/energieverbrauch-nach-energietraegern-sektoren#allgemeine-entwicklung-und-einflussfaktoren</a></li>
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0008">8 <a href="https://bundestag.de/resource/blob/930740/0a31b71a40c1f0c6048f156685765eca/WD-5&ndash;148&ndash;22-pdf-data.pdf" target="_blank" rel="noopener">bundestag.de/resource/blob/930740/0a31b71a40c1f0c6048f156685765eca/WD-5&ndash;148&ndash;22-pdf-data.pdf</a></li>
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0009">9 <a href="https://vci.de/vci/downloads-vci/publikation/2019&ndash;10&ndash;09-studie-roadmap-chemie-2050-treibhausgasneutralitaet.pdf" target="_blank" rel="noopener">vci.de/vci/downloads-vci/publikation/2019&ndash;10&ndash;09-studie-roadmap-chemie-2050-treibhausgasneutralitaet.pdf</a></li>
<li xml:id="nadc20234136852-bib-0010">10 Bundesamt f&uuml;r Energie BFE CH-3003 Bern: Energiespeichertechnologien &ndash; Kurz&uuml;bersicht, 2021, <a href="https://energieforschung.ch" target="_blank" rel="noopener">energieforschung.ch</a></li>
</ul>

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