Stoffliche Nutzung von CO2

Innovationen, Statusbericht und Perspektiven

A. Bazzanella, DECHEMA e.V., Frankfurt

Nutzungspfade für CO2

Chemische Nutzung von CO2

• Herausforderung: CO2 ist thermodynamisch sehr stabil

• Konsequenzen: → CO2 ist vergleichsweise energiearm

→ Viele Reaktionen mit CO2 weisen hohe Barriere auf

Bereitstellung energiereicher Reaktanten (erneuerbarer Energien)

Niedrige Aktivierungsenergien durch wirkungsvollen Katalysator

CO2

Reactant

Product

- 393

0

E

kJ/mol

Catalyst

Stoffliche Nutzung von CO2: Status

Super critical CO2

20 Mt/y

30 Mt/y

146 Mt/y

70 kt/y

65 kt/y

Methanol

Cyclic Carbonate

Salicylic Acid

Urea

Inorganic

carbonates

ONa

O

NH

3

CO2

EOR

40 Mt/y

15 Mt/y

Relevant für das CO2-Problem?

Anth

ropogene

CO

2 E

mis

sio

nen

Glo

bale

C

hem

isch

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Pro

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1.4

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2030 C

CS

40 Gt/a 0.5

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CO

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Zie

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2030 C

CS

1.4 Gt/a 0.5 0.15 0.003

Glo

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Pro

du

kti

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CC

S

im E

insatz

Methane

Hydrogen

C2-C4

alkanes

FT

SNG

Erweiterung der chemischen CO2 Nutzung?

Emerging processes Established processes

CO2

O

O

O

R

O*

R

*x

y

Polyether

carbonates

Poly-

carbonates

Poly-

urethanes

O

O

O

R

**x

CO2

O

R

+

Amines

Isocyanates

Acetic acid

Formaldehyde MTBE

Lower olefins

DME

Methanol Hydrogen

Diesel

pool

Polymers

DMC

OHO

2/cat.

cat.O O

OCO

2

CO

CH3

OH O O

Ocat.

CO2

OH+

+

DPC

+ C6H6

+

DMC

H2

DPC

Bisphenol-A-

Polycarbonate

CO2

UF resins,

POM, etc.

Polymere aus CO2

CO2

O

O

O

R

O*

R

*x

y

Polyether

carbonates

Poly-

carbonates

Poly-

urethanes

O

O

O

R

**x

CO2

O

R

+

Amines

Isocyanates

• Novomer, USA

– Demonstration plant for

Polycarbonates (PPC, PEC), Polyols

• Asahi Kasei Corp., Japan

– Bisphenol-A-Polycarbonate;

5 commercial plants (65-260kt/year)

• Jinlong-Cas Chemail Co., China

– Polyols, Production

– PPC: 10000 mt/year

• Bayer Material Science

– Pilot plant for Polyether-

Polycarbonate-Polyol

• BASF

– PPC

Polymere aus CO2

Projekt Dream Production

• RWE, Bayer, CAT Catalytic Center,

RWTH Aachen

• PU Komponente Polyether-

Polycarbonat-Polyol

• Pilotanlage 2011

• Material mit sehr guten Eigenschaften

• Positive CO2 Bilanz

• Kommerzialisierung geplant

CO2 Methanisierung: Power to gas

RWE 100kW , Ibbenbüren

Audi-e-gas-Anlage, 6MW, Wertle

Stuttgart

25kW

Biogas, 25kW, Bad Hersfeld

Dänemark

Kanada

Electrochaea, Foulum, 250kW

Hydrogenics, Ontario, 1MW Schweiz

Quelle: www.powertogas.info

CO2 Methanisierung: Power to gas

Windenergie für die chemische Nutzung

von CO2: Projekt CO2RRECT

CO,

Ameisen-

Säure

Methanol aus Wasserstoff und CO2

• Mitsui Chemicals pilot plant, Osaka:

100 mt/year

– CO2 from ethylene production

– H2 currently from gas

– Costs at least 2x as much as production of

methanol using natural gas in countries with

abundant gas reserves

CO2

Acetic acid

FormaldehydeMTBE

Lower olefins

DME

Methanol

Diesel

pool

Polymers

DMC

OHO

2/cat.

cat.O O

OCO

2

CO

CH3

OH O O

Ocat.

CO2

OH+

+

DPC

+ C6H6

+

DMC

H2

DPC

Bisphenol-A-

Polycarbonate

CO2

UF resins,

POM, etc.

Hydrogen

• Carbon Recycling International (CRI),

Reykjanes, Iceland

– started operation of a first CO2 to methanol

commercial plant in (2 million liters of Renewable

Methanol per annum).

– CO2 and renewable power for producing H2 are

both supplied by the Svartsengi geothermal power

plant

Wirtschaftlichkeit Wasserelektrolyse

IEA Energy Technology Essentials, ETE 5

Electrolysis NG reforming

30 $/GJ H2

3,6 $/kg H2

10-15 $/GJ H2

1,2-1,8 $/kg H2

for $35 per

MWh electricity

for 6$-9$ per

GJ natural gas

Industrielle Quellen für CO2 • Oil and gas processing

– Oil refineries: 850 Mill. t

– Natural gas sweetening: 20 Mill. t

• Chemical processes

– Ammonia:155 Mill. t

– Ethylene and other petrochemical processes: 150 Mill t.

– Ethylene oxide: 9,7 Mill. t

– Bioethanol production and other fermentations

• Other industrial processes

– Cement production: 1000 Mill. t (15-33 vol.%)

– Iron & steel: 850 Mill. T (14-27 vol.%)

• Coal-fired power plants (3-4 vol.%, 12-14 vol.% for IGCC)

Weiterentwicklung der

stofflichen CO2-Nutzung

• BMBF Förderung

– Stoffliche CO2-Nutzung: 100 Mio €

• Ressortübergreifend

– Stoffl. Energiespeicher: 200 Mio €

• EU Förderung

– CEFIC Roadmap für Horizon2020

– Stoffliche CO2-Nutzung als Element einer PPP

Sustainable Process Industries through Ressource and Energy

Efficiency - SPIRE

Zusammenfassung

• Stoffliche CO2 Nutzung wird gegenwärtig erweitert

– Produkte mit hoher Wertschöpfung (Polymere, Spezialitäten)

– Methanisierung erfährt Schub durch Energiewende

• MeOH und CH4 haben großes Mengenpotential, aber

auch hohe ökonomische Hürden

• Wasserstoff als Schlüssel, aber nur aus erneuerbaren

Energiequellen sinnvoll (Preishürde)

• CO2 Quellen: (Petro)chemische und andere

Industrieprozesse vor Kohlekraftwerken

• Zunehmende Aktivitäten, auch durch öffentliche

Förderung