Volle Kraft voraus in Sachen Nachhaltigkeit

Kunststoffe werden bislang meist auf Basis fossiler Rohstoffe wie Erdöl produziert. Mittlerweile gibt es jedoch eine Reihe von Alternativen. Covestro und die RWTH Aachen haben ein innovatives Verfahren entwickelt, mit dem ein Teil des Rohöls in der Produktion durch CO₂ (Kohlendioxid) ersetzt werden kann – etwa bei der Herstellung von Schaumstoffen für Matratzen und Polstermöbel. Covestro setzt das Verfahren bereits erfolgreich am Standort in Dormagen ein. So kommt das Unternehmen seinem Ziel, einer von Erdöl unabhängigen Chemie, näher. Gleichzeitig untersucht der Werkstoffhersteller gemeinsam mit Partnern, welche weiteren Anwendungen mit dieser neuen Technologie erschlossen werden können. Der Fokus liegt dabei unter anderem auf Elastomeren, Fasern und Dämmplatten.

Mit der Frage, wie sich CO₂ als Rohstoff nutzen lässt, beschäftigt sich Covestro ebenfalls in mehreren Forschungsprojekten. Im Rahmen von „Carbon2Chem“ untersucht Covestro unter Führung von Thyssenkrupp in einem branchenübergreifenden Firmenkonsortium beispielsweise, wie die bei der Stahlproduktion anfallenden sogenannten Hüttengase als alternative kohlenstoffbasierte Rohstoffe verwendet werden können. Von Bedeutung ist hierbei die Nutzung von Kohlenmonoxid (CO), das in den Gasen enthalten ist. Das Konsortium hat die Machbarkeit bereits bewiesen und strebt nun den großtechnischen Einsatz an.

Darüber hinaus widmet sich Covestro im Rahmen des europaweiten Forschungsprojektes „Carbon4PUR“ gemeinsam mit 13 Partnern dem Ziel, flüchtige Gase, die bei der Stahl-Herstellung entstehen, für die Produktion von Polyurethan zu nutzen. Das Projekt wird im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizont 2020“ der Europäischen Union gefördert. In ersten vielversprechenden Ergebnissen konnten Vorprodukte für Kunststoffe aus CO gewonnen werden.

Auf diese Weise können Chemie- und Stahlindustrie im Kampf gegen den Klimawandel in Zukunft gemeinsam vorgehen.

In Krefeld-Uerdingen wird nun deutschlandweit erstmalig Abwasser aus der Produktion von Polycarbonat direkt im Rahmen einer industriellen Pilotanlage wiederverwertet. Dadurch schont Covestro nicht nur wertvolle Ressourcen, sondern schützt gleichzeitig die Umwelt. Das recycelte Abwasser wird zur Herstellung von Chlor in der Elektrolyse genutzt. Chlor ist wiederum ein wichtiger Rohstoff für die Produktion von Polycarbonat – einem Hochleistungskunststoff, der unter anderem in der Automobil- und Elektrobranche häufig zum Einsatz kommt.

Dank der Salzwasseraufbereitungsanlage kann Covestro am Standort jährlich bis zu 30.000 Tonnen Salz und 400.000 Tonnen sogenanntes vollständig entsalztes Wasser einsparen. Das entspricht netto etwa 1.600 Tonnen CO₂-Äquivalenten. Das Projekt verdeutlicht den Anspruch des Unternehmens, gestaltende Kraft der Kreislaufwirtschaft zu sein. Die Übertragung der Technologie auf andere Covestro-Standorte wird ebenfalls vorangetrieben. Derzeit wird in verschieden Forschungsprojekten geprüft, welche Verfahren sich zur Nutzung salzhaltiger Prozessabwässer anbieten und wie die Recyclingmenge künftig erhöht werden kann.

Die Bauwirtschaft ist der zweitgrößte Kunststoffanwendungsbereich in Deutschland. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Pilotprojekt „KUBA“ wird daher untersucht, wie der Industriezweig Kunststoffe künftig vermehrt in Kreisläufen nutzen kann – auch, um daraus Rohstoffe für neue Produkte wiederzugewinnen.

Zwar existieren bereits eine Reihe von Rücknahme- und Recyclingsystemen. Gängige Verfahren wie das werkstoffliche Recycling von Kunststoffabfällen stoßen derzeit jedoch oftmals an technische und ökonomische Grenzen. Daher könnte sich die rohstoffliche Verwertung als Lösung anbieten. Hierbei werden Kunststoffabfälle in chemische Grundstoffe zerlegt und anschließend als Rohstoff erneut genutzt.

„KUBA“ wird seit Dezember 2018 von der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e. V. koordiniert. Covestro ist eines von elf Industrieunternehmen, die sich als Partner in dem Pilotprojekt engagieren.

Biobasierten Rohstoffen werden hervorragende Marktchancen vorausgesagt. Sie machen die Produktion noch nachhaltiger. Covestro ist bei ihrer Nutzung einer der Vorreiter in der chemischen Industrie. Das Unternehmen hat es an seinem Standort in Leverkusen unter anderem geschafft, Anilin aus Biomasse herzustellen.

Anilin hat in der Produktion viele Funktionen. Die Chemikalie wird beispielsweise als Grundlage für die Herstellung von Medikamenten, Farb- und Kunststoffen genutzt. Covestro benötigt Anilin vor allem für die Produktion von Methylendiphenyl-Diisocyanat (MDI), einem Hauptbestandteil von Schaumstoffisolierungen. Bislang wird Anilin aus Benzol gewonnen – das wiederum aus Erdöl stammt.

Covestro hat allerdings einen wichtigen Durchbruch erzielt. Bei der Synthese von Anilin hat das Unternehmen erstmals ein Verfahren entwickelt, bei dem beispielsweise Mais oder Stroh für die Produktion der Chemikalie eingesetzt werden können. So kann das biobasierte Anilin aus einhundert Prozent erneuerbarem Kohlenstoff bestehen. Eine Chance, den Einsatz fossiler Rohstoffe in den eigenen Anlagen zukünftig erheblich zu senken.

Nachhaltige Lackierungen sollen den CO₂-Fußabdruck von Autos künftig weiter reduzieren. So das Ziel eines Projektteams, in dem Mitarbeitende von Covestro, BASF und Audi tüfteln. Sie haben sich zusammengetan und Testkarossen eines Audi Q2 mit einem Klarlack mit teilweise biobasiertem Härter beschichtet – und zwar unter seriennahen Bedingungen.

Der Kunststoffgehalt des Härters stammt zu rund 70 Prozent aus Biomasse. Damit kann der Einsatz fossiler Rohstoffe im Produktionsprozess signifikant gesenkt werden. Erste Testergebnisse zeigen: Die Fahrzeuglackierung erfüllt auch mit dem innovativen Klarlack die spezifischen Anforderungen des Autoherstellers. Zwar sind noch nicht alle Tests bis zur Serienfreigabe abgeschlossen, dennoch sehen die Projektpartner in dem Ergebnis einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu einer noch nachhaltigeren Autolackierung.

Chlor ist aus der chemischen Industrie nicht wegzudenken. Rund zwei Drittel aller Produkte basieren auf dem wichtigen Grundstoff – zum Beispiel Polymere, Arzneistoffe und Chemikalien für die Trinkwasseraufbereitung. Dabei ist die Chlorherstellung einer der energieintensivsten Prozesse überhaupt und damit ein echter Kostenfaktor.

Covestro hat die Grenzen des Machbaren in diesem Bereich nun jedoch ein weiteres Mal verschoben. Das Unternehmen hat gemeinsam mit Partnern aus der Industrie eine Technologie entwickelt, mit der die für die Chlorherstellung benötigte Energiemenge um 25 Prozent reduziert werden kann. Die innovative Sauerstoffverzehrkathode (SVK) kommt in Deutschland bereits am Standort in Krefeld-Uerdingen mit einer Teilkapazität zum Einsatz.

Das neue Verfahren baut grundsätzlich auf dem gängigen Membranverfahren der Chloralkali-Elektrolyse auf, bei dem Chlor, Natronlauge und Wasserstoff aus Kochsalz (NaCl) und Wasser gewonnen werden. Einen feinen, aber entscheidenden Unterschied gibt es jedoch: Die wasserstofferzeugende Elektrode, die üblicherweise zum Einsatz kommt, wird durch eine Sauerstoffverzehrkathode ersetzt. Die Versorgung der Kathode mit Sauerstoff verhindert in der Folge die Entstehung von Wasserstoff. Auf diese Weise können ausschließlich Chlor und Natronlauge gewonnen werden.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Projekt im Zuge der Initiative „Forschung für Nachhaltigkeit“ (FONA) gefördert. Die Technologie wurde 2019 mit der Covestro Science Medal für herausragende innovative und nachhaltige Leistungen ausgezeichnet.

Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Würde die SVK-Technologie hierzulande flächendeckend für die Chlorproduktion verwendet, könnte Deutschland seinen gesamten Strombedarf um rund ein Prozent reduzieren. Das entspräche ungefähr dem Jahresverbrauch einer Großstadt wie Köln.

Covestro ist einer der weltweit führenden Produzenten von Methylendiphenyl-Diisocyanat (MDI). Der Rohstoff wird unter anderem für die Herstellung von energieeffizienten Dämmlösungen für Gebäude und Kühlgeräte genutzt. Laut Prognosen soll der globale Markt für MDI weiter wachsen. Dank der adiabat-isotherme Phosgenierung (AdiP)-Technologie ist Covestro bestens auf den zu erwartenden Nachfrageanstieg vorbereitet.

Rund 20 Jahre lang hat das Unternehmen an der innovativen AdiP-Technologie gefeilt. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Denn die Produktionsleistung steigt im Vergleich zur aktuell genutzten Technologie um 50 Prozent. Gleichzeitig überzeugt die Technologie durch ihre hohe Umweltfreundlichkeit. Sie ermöglicht eine signifikante Senkung des Energiebedarfs und CO₂-Ausstoßes. Der Clou ist ein optimiertes Reaktionsdesign, bei dem Covestro auf externen Eintrag von Energie verzichten kann. Daraus leitet sich auch der Name der Technologie ab. Denn: Die Reaktion läuft adiabat-isotherm ab.

Das Einsparpotenzial in einer MDI-Anlage mit AdiP-Technologie ist enorm. Es beläuft sich auf bis 40 Prozent weniger Dampf und bis 25 Prozent weniger Strom pro Tonne produziertem MDI. Das entspricht einer Reduzierung des energiebezogenen CO₂-Ausstoßes um etwa 35 Prozent. Damit leistet die Technologie einen wichtigen Beitrag zu den Nachhaltigkeitszielen von Covestro.

Bislang kommt AdiP nur in einem Pilotprojekt am Standort Brunsbüttel zum Einsatz. Nach dem erfolgreichen Abschluss soll sie jedoch für die Umsetzung in der nächsten World-Scale-Anlage zur Verfügung stehen.

Innovative Technologien und Verfahren von Covestro setzen weltweit neue Maßstäbe. So auch die unternehmenseigene Hexamethylen-Diisocyanat (HDI)-Gasphasentechnologie. Sie wurde erstmals 1994 in Leverkusen eingesetzt. Seitdem hat das erfahrene Team die Technologie mit großem Einsatz stetig weiterentwickelt.

HDI dient in der Produktion unter anderem als Grundstoff für Lacke und Beschichtungen. Dank der innovativen Gasphasentechnologie ist es Covestro gelungen, die Kapazität seiner Anlage zu verdoppeln, den Energieverbrauch und den Rohstoffeinsatz drastisch zu reduzieren und die Laufzeit zu verlängern. Bis heute ist das Unternehmen führend in der Gasphasentechnologie und hat das innovative Produktionsverfahren in weiteren HDI-Anlagen in Deutschland, den USA und China umgesetzt.

Deutschland will den Anteil der erneuerbaren Energien weiter konsequent erhöhen. Doch was passiert, wenn an windreichen Sommertagen mehr grüner Strom erzeugt wird, als zu dem Zeitpunkt benötigt wird? Da bislang kaum Möglichkeiten existieren, den überschüssigen Strom zu speichern, müssen neue Ansätze verfolgt werden.

Ein Beispiel hierfür sind die Kopernikus-Projekte der Bundesregierung, in denen Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft eng zusammenarbeiten. Auch Covestro ist beteiligt. Im „Kopernikus-Projekt P2X“ erforscht das Unternehmen beispielsweise sogenannte Power-to-X-Technologien (kurz: P2X), mit denen Strom aus erneuerbaren Quellen in andere stoffliche Ressourcen umgewandelt werden kann.

Diese Ressourcen müssen anschließend in mehreren komplexen Schritten effizient gespeichert, verteilt und in die jeweils benötigten Endprodukte umgewandelt werden. Dafür bedarf es innovativer Lösungen, die im Projekt zu ökologisch, ökonomisch und gesellschaftlich vorteilhaften Prozessen entwickelt werden sollen. Derzeit untersucht das Projektteam eine Möglichkeit, mit Hilfe erneuerbarer Energien und CO₂ Vorprodukte zu kreieren, welche zur Herstellung von Synthesegas genutzt werden können. Dadurch ließe sich der Einsatz fossiler Rohstoffe in der Produktion künftig verringern.

Synthesegas ist ein Gemisch aus Gasen, welches unter anderem zur Herstellung von Chemikalien genutzt wird. Dabei kann das Gas direkt verwertet werden oder auch als Baustein für höherwertige Rohstoffe wie etwa Kraftstoffe dienen. Dabei kommt es auf die richtige Zusammensetzung an: Denn der jeweilige Anteil der verschiedenen Bestandteile unterscheidet sich je nach gewünschtem Produkt.

Im Wasserstofftechnologiepfad arbeitet Covestro an Lösungen, wie die mittels P2X-Technologie zugänglichen chemischen Grundstoffe als Bausteine für Vorprodukte von Kunststoffen genutzt werden können (Power-to-Chemicals). Normalerweise bestehen diese komplett aus Erdöl. Das Projektteam nutzt dagegen CO₂ als Kohlenstoffquelle und kombiniert es mit dem regenerativ erzeugten grünen Wasserstoff.

Über chemische Zwischenschritte lassen sich auf diese Weise sogenannte Polyole, ein Vorprodukt für Polyurethan-Werkstoffe, herstellen. So gelingt die Kopplung zwischen dynamisch bereitgestellter, regenerativer elektrischer Energie und stofflicher Nutzung. Nun soll der Prozess zu einem industrierelevanten, kontinuierlichen Verfahren weiterentwickelt und die Polyole selbst umfassend in ihrer Anwendbarkeit untersucht werden.

Die chemische Industrie ist deutschlandweit der zweitgrößte Stromverbraucher. Die Branche hat demzufolge große „Demand-Response-Kapazitäten“ – sowohl in positiver als auch in negativer Hinsicht. Wie können Schwankungen von Angebot und Verbrauch in der chemischen Industrie künftig also stärker ausgeglichen werden? Genau dieser Frage haben sich nun Forscher angenommen. Sie untersuchen anhand der energieintensiven Herstellung von Chlor, wie sich der Stromverbrauch in der Branche flexibilisieren lässt.

In dem interdisziplinären Verbundprojekt „SynErgie“ analysiert Covestro gemeinsam mit Partnern die Lastmanagement- und Flexibilitätspotenziale aktueller und künftiger elektrochemischer Verfahren in der chemischen Industrie und bewertet diese danach aus wirtschaftlicher Perspektive. Bislang wird die Produktion überwiegend konstant gefahren. Das Forschungsprojekt soll jedoch ergründen, wie eine an ein schwankendes Stromangebot angepasste Fahrweise technisch machbar und ökonomisch sinnvoll sein kann.