Stoffliche Nutzung von CO2 Innovationen, Statusbericht und...
Transcript of Stoffliche Nutzung von CO2 Innovationen, Statusbericht und...
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
e
Pro
du
kti
on
1.4
Zie
le
2030 C
CS
40 Gt/a 0.5
Sto
ffli
ch
e
CO
2 -
Nu
tzu
ng
Im
Ein
satz
Zie
le
2030 C
CS
1.4 Gt/a 0.5 0.15 0.003
Glo
bale
ch
em
isch
e
Pro
du
kti
on
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