Seine Arbeiten bündelt das Unternehmen in einem Programm zum „Carbon Management“. Aktuelle Forschungsergebnisse zu den Verfahren und klimaschonenden Produkten sind kürzlich auf einer Forschungspressekonferenz in Ludwigshafen vorgestellt worden.
„Um die Klimaschutzziele zu erreichen, müssen CO2-Emissionen im großen Stil vermieden werden“, betont Dr. Martin Brudermüller, Vorstandsvorsitzender und Chief Technology Officer von BASF. „CO2 als Rohstoff zu nutzen, ist nur in Einzelfällen sinnvoll und kann daher den Klimawandel nicht entscheidend bremsen.“
In den vergangenen Jahrzehnten habe das Unternehmen schon eine erhebliche Vermeidung von CO2-Emissionen erreicht, indem Produktionsprozesse optimiert und die Effizienz gesteigert wurde. So habe BASF laut Brudermüller seit 1990 die Emissionen halbiert und zugleich die Produktionsmenge verdoppelt. Die CO2-Emissionen erneut deutlich zu senken, erfordere ganz neue Technologien, so Brudermüller weiter, und daher habe BASF ein ambitioniertes Forschungsprogramm angestoßen.
Wasserstoff emissionsarm produzieren
Die größten CO2-Quellen in der chemischen Industrie sind fossile Brennstoffe – denn Chemie braucht Energie. So benötigen die Steamcracker von BASF eine Temperatur von 850 °C, um Rohbenzin zur Weiterverarbeitung in Olefine und Aromaten aufzuspalten. Könnte diese Energie mit regenerativem Strom anstelle des bisher üblichen Erdgases eingebracht werden, wäre eine deutliche Reduzierung der CO2-Emissionen von bis zu 90 Prozent möglich.
In den kommenden fünf Jahren soll deshalb das weltweit erste elektrische Beheizungskonzept für Steamcracker entwickelt werden. Gleichzeitig müssen Materialprüfungen zeigen, welche Metallwerkstoffe für die benötigten hohen Stromstärken geeignet sind, um derartige Hochtemperatur-Reaktoren entsprechend auszurüsten.
Die Produktion von Wasserstoff setzt ebenfalls erhebliche Mengen an CO2 frei. Wasserstoff wird von der chemischen Industrie in großen Mengen als Reaktionspartner benötigt – von BASF beispielsweise für die Ammoniaksynthese. Er ist aber auch für viele nachhaltige Anwendungen der Zukunft als Energieträger und Energiespeicher unverzichtbar.
Gemeinsam mit Kooperationspartnern entwickelt BASF deshalb eine Prozesstechnologie zur Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas. Dabei wird Erdgas direkt in die Bestandteile Wasserstoff und Kohlenstoff gespalten. Das anfallende Kohlenstoffprodukt kann potenziell zur Herstellung von etwa Stahl oder Aluminium eingesetzt werden. Dieser Prozess der Methanpyrolyse erfordert vergleichsweise wenig Energie. Stammt diese zudem aus erneuerbaren Quellen, kann Wasserstoff im industriellen Maßstab CO2-frei produziert werden.
Katalysatoren sind ein Schlüssel zum Erfolg
Als zentrales, großvolumiges Zwischenprodukt sind Olefine ein besonders wichtiger Ansatzpunkt für emissionsarme Verfahren. Die erheblichen CO2-Emissionen, die bei der heutigen Herstellung in Steamcrackern entstehen, könnten auch durch das sogenannte trockene Reformieren von Methan deutlich reduziert werden. Hierbei entsteht ein Synthesegas, das über die Zwischenstufe Dimethylether zu Olefinen umgesetzt werden kann.
Einen solchen Weg konnten BASF-Forscher nun erstmals mit leistungsfähigen Katalysatorsystemen bahnen. Vermarket werden diese Katalysatoren einer neuen Generation in Kooperation mit Linde. Je nach Verfügbarkeit von Rohstoffen und regenerativem Strom stellt das Verfahren dann eine Ergänzung oder Alternative zu dem möglichen elektrischen Beheizen von Steamcrackern dar.
Auch für die stoffliche Nutzung von CO2 als chemischen Rohstoff hat BASF einen Ansatz: die Herstellung von Natrium-Acrylat aus Ethen und CO2. Natrium-Acrylat ist ein wichtiger Ausgangsstoff für Superabsorber, die in Windeln und anderen Hygieneprodukten eine breite Anwendung finden. Forschern des von BASF unterstützten Catalysis Research Laboratory (CaRLa) an der Universität Heidelberg gelang es vor wenigen Jahren, den Katalysezyklus für diese Reaktion zu schließen.
Inzwischen hat BASF den Prozess in Richtung einer industriellen Nutzung weiterentwickelt und in einer Miniplant-Anlage im Labormaßstab die erfolgreiche Umsetzung demonstriert. Gegenüber dem bisherigen Produktionsverfahren für Superabsorber, das auf Propen basiert, würde das CO2 im neuen Prozess etwa 30 Prozent der fossilen Rohstoffe ersetzen, wenn dieser sich auch im größeren Maßstab als stabil und energetisch günstig bewährt.
Hohes Forschungsniveau halten
Die vier präsentierten Projekte stehen stellvertretend für das Themenfeld der BASF-Forschung, das auch die Arbeit an wegweisenden Sprunginnovationen einschließen soll. BASF strebt an, die Aufwendungen für Forschung und Entwicklung weiterhin auf dem hohen Niveau der vergangenen Jahre zu halten.
Die Forschungspipeline von BASF umfasst rund 3.000 Projekte, die von weltweit mehr als 11.000 Mitarbeitern in Forschung und Entwicklung bearbeitet werden. Ein wichtiger Baustein des Wissensverbundes ist das globale Netzwerk von F&E-Kooperationen mit Universitäten, Forschungsinstituten und Unternehmen.
