Kohlendioxid als Rohstoff

Weiße und schwarze Luftballons mit Aufdruck "CO2"

Kohlendioxid als Rohstoff

Von Rainer B. Langen

Kohlendioxid ist nicht nur das schlechte Gas, das den Klimawandel befördert. Chemiker, Ingenieure und Industriebetriebe können damit Chemikalien und Brennstoffe erzeugen und Energie speichern.

Etwas Nützliches aus Kohlendioxid oder CO2 herstellen? Das machen Pflanzen immer, wenn die Sonne scheint. Mit Sonnenenergie und Wasser bauen sie bei der Photosynthese energiereichen Traubenzucker auf. Auch Chemiker und Ingenieure können aus Kohlendioxid energiereiche Verbindungen herstellen, indem sie den Kohlenstoff im Molekül gleichsam mit Wasserstoff aufladen. Es ist letztlich der Wasserstoff, der als Energieträger interessant ist.

Warum mit erneuerbaren Energien Wasserstoff hergestellt wird

Mit Strom, z.B. aus Sonnen- oder Windenergie lässt sich aus Wasser Wasserstoff gewinnen. Dieses Gas setzt bei der Verbrennung wieder einen Teil der Energie aus der Sonne frei. In ihm lässt sich also Energie in chemischer Form speichern.

Es ist allerdings sehr schwierig, reinen Wasserstoff sicher zu handhaben. Wenn man ihn mit Kohlendioxid reagieren lässt, entstehen Stoffe, die sich sehr einfach lagern und transportieren lassen. Chemiker können Kohlendioxid mit Wasserstoff gleichsam aufladen. Dabei entsteht als einfachster Stoff die Ameisensäure. Sie lässt ohne weiteres als Flüssigkeit lagern und transportieren. Der Wasserstoff lässt sich dann freisetzen, wenn seine Energie gebraucht wird.

Ameisensäure als Energiespeicher

Man kann Wasserstoff aus Wasser mittels elektrischem Strom gewinnen. Wenn man dafür Strom aus Wind- oder Sonnenkraftwerken benutzt, wird im Wasserstoff ein Teil der eingesetzten Energie gespeichert und wenn er verbrennt, bleibt nur Wasser zurück. Allerdings ist es technisch sehr aufwändig und teuer, Wasserstoff sicher zu lagern und zu transportieren. Wasserstoff, der hingegen in einer chemischen Verbindung steckt, ist in der Hinsicht oft unproblematisch.

Professor Arno Behr von der Technischen Universität Dortmund arbeitet mit solch einer Verbindung seit den achtziger Jahren:  Er bildet aus Kohlendioxid und Wasserstoff Ameisensäure.  Diese Flüssigkeit ist vergleichsweise einfach zu handhaben und lässt sich sicher transportieren. Wenn man den Wasserstoff benötigt, kann man ihn von der Ameisensäure abspalten und mit einer Brennstoffzelle Strom erzeugen.

Speicher für erneuerbare Energien

Ameisensäure herzustellen ist allerdings sehr trickreich. Die Chemiker und Ingenieure müssen auch Stoffe einsetzen, die die Reaktion vermitteln, so genannte Katalysatoren. Sie basieren auf den sehr teuren Elementen Rhodium und Ruthenium. In jahrelanger Arbeit haben Arno Behr und sein Team ein Verfahren entwickelt, in dem die teuren Stoffe bei der Produktion der Ameisensäure immer wieder in den Prozess zurückgeführt und erneut verwendet werden können. Damit ist die Produktion des Energiespeicherstoffs Ameisensäure überhaupt erst wirtschaftlich.

Mit Kohlendioxid lassen sich auch andere Energieträger herstellen: Methan, wie es als Erdgas bekannt ist, der Alkohol Methanol, der Wasserstoff für Brennstoffzellen liefert oder direkt verbrannt werden kann. Eine Dresdner Start-up-Firma stellt Diesel aus CO2 her.

Sinnvoll ist das alles aber nur, wenn die Energie für diese Produktionen aus erneuerbaren Quellen wie Wasserkraft, Wind oder Sonne stammen. Sonst müsste ja wieder Kohle oder Öl verfeuert werden, um den Strom zu erzeugen.

Für erneuerbare Energien wären die synthetischen Brennstoffe aus Kohlendioxid eine Möglichkeit, sie zu speichern. Das ist ja derzeit noch einer der Schwachpunkte der erneuerbaren Energien: Dass sie oft dann im Überfluss erzeugt werden, wenn sie niemand braucht. Und wenn viel Strom gebraucht wird, gerade die Sonne nicht scheint oder zu wenig Wind weht. Diese Schwankungen werden derzeit unter anderem durch Kohlekraftwerke ausgeglichen.

Aus Kohlendioxid Chemikalien gewinnen

Aus CO2 lassen sich auch chemische Grundstoffe machen. So ist Ameisensäure nicht nur ein Energieträger. Es ist auch ein Produkt, das chemische Fabriken zum Beispiel als Desinfektionsmittel oder Konservierungsmittel verkaufen. 300.000 Tonnen werden jedes Jahr weltweit produziert. Die Firma Covestro in Leverkusen verwendet Kohlendioxid bei der Herstellung von Schaumstoff aus Polyurethan für Matratzen und die Polstermöbelherstellung.

Die Firma macht sich damit unabhängiger von Rohöl und produziert nachhaltiger, betont Projektleiter Dr. Karsten Malsch. Demnächst soll in einer neuen Fabrik die kommerzielle Produktion des neuen Schaumstoffs beginnen.

Energieträger und Chemierohstoffe selber machen mit Kohlendioxid und erneuerbaren Energien: Das ist keine Zukunftsmusik. Das kann sofort losgehen. Und angesichts des CO2-bedingten Klimawandels sollte es das auch, wie Michael Carus vom Hürther Nova-Institut argumentiert: "Von den heutigen Systementscheidungen her, wofür man Geld ausgibt, ist es natürlich eine echte Revolution. Es wird der Tag kommen, wo wir unter dem Klimawandel so stark leiden, dass wir alles bereit sind zu tun. Es kommt auch der Tag, wo die fossilen Energieträger selten und sehr teuer werden."

Stand: 10.03.2016, 06:30