Nachhaltige und zirkuläre Chemiewirtschaft (eBook)

Herausforderungen, Praxisbeispiele und Lösungsansätze

Carsten Suntrop (Herausgeber)

eBook Download: EPUB

2025
380 Seiten
Wiley-VCH (Verlag)
978-3-527-84641-2 (ISBN)

Infos

Ein fundierter und praxisorientierter Impulsgeber für nachhaltige Transformation und Kreislaufwirtschaft in der Chemie- und Pharmaindustrie

Die chemisch-pharmazeutische Industrie verändert sich rasant und befindet sich aktuell in einer signifikanten Transformationsphase.

Das Buch analysiert die aktuellen, tiefgreifenden Herausforderungen und beleuchtet innovative Lösungsansätze, um diese ökologisch sinnvoll aber auch ökonomisch tragbar zu meistern. Die Grundlage bilden die strategischen Ansätze von kleinen Start-ups, mittelständischen Unternehmen und Global Playern der Chemie- und Pharma-Branche.

Autoren aus Industrie, Wirtschaftsverbänden, Unternehmensberatungen und Hochschulen präsentieren strategische Zielbilder einer zirkulären Chemiewirtschaft, nachhaltige Lösungsansätze und Praxisbeispiele. Die Themen reichen von erneuerbarer, 'grüner' Energie und Ressourcen über nachhaltige Energieerzeugung und -versorgung, sowie ressourcenoptimierte Wertschöpfungsketten bis hin zu mechanischem und chemischem Recycling und der Entwicklung nachhaltiger chemischer und pharmazeutischer Produkte und Produktionsprozesse.

Mit praxisnahen Handlungsempfehlungen und fundierten Einblicken von Experten liefert dieses Werk wertvolle Informationen für Entscheidungsträger und Projektleiter in der chemischen Industrie sowie für Politik, Umwelt- und Nachhaltigkeitsfachleute und Unternehmensberatende, deren Ziel es ist, eine zirkuläre Chemie- und Pharmawirtschaft und Nachhaltigkeit stärker in die Praxis eines Unternehmens zu implementieren.

Prof. Dr. Carsten Suntrop ist Senior Expert und Inhaber der Managementberatung CMC² GmbH. Seine Tätigkeitsschwerpunkte sind Strategieentwicklung und -umsetzung, Organisationsgestaltung und Digitalisierung für produzierende mittelständische und große Chemie-/Pharmaunternehmen sowie für Standortbetreiber und -dienstleister der Chemie- und Pharmaindustrie. Er ist promovierter Wirtschafts- und Sozialwissenschaftler und begleitet die chemisch-pharmazeutische Industrie seit über 30 Jahren in ihrer strukturellen, prozessualen und digitalen Entwicklung.

Dr. Thomas Wagner ist Senior Manager bei der Managementberatung CMC² GmbH. Seine Tätigkeitsschwerpunkte sind Nachhaltigkeitsstrategien, Projektmanagement, Produkt-Portfolio-Management und Lean Six Sigma. Er ist promovierter Chemiker, hat ein Diplom in Betriebswirtschaft und 18 Jahre praktische Erfahrung mit Forschung & Entwicklung, Produktinnovation und Produktdesign im Chemie-Umfeld.

Textauszug

1
Kohlenstoffkreisläufe für eine nachhaltige und zirkuläre Chemieindustrie

Dr. Jörg Rothermel

Verband der Chemischen Industrie e. V. (VCI)

 

Abstract

Die Chemie ist die Industrie, die am stärksten vom Element Kohlenstoff abhängt. Kohlenstoff spielt sowohl bei der Energiebereitstellung für die Produktionsprozesse als auch in den Produkten eine entscheidende Rolle. Darum kommt der chemischen Industrie eine besondere Rolle auf ihrem Weg zur Treibhausgasneutralität bis 2045 zu. In der Energieversorgung kann Treibhausgasneutralität durch konsequente Dekarbonisierung der Energieträger, d. h. durch Einsatz erneuerbarer Energien für die Strom- und Prozesswärmeversorgung, gelingen. Eine Dekarbonisierung der organischen Produkte, die auf Kohlenstoff aufbauen, ist nicht möglich. Hier ist nur eine Defossilisierung der Rohstoffe möglich, die wiederum nur durch eine vollständige Kreislaufführung des Kohlenstoffes im weitesten Sinne erreicht werden kann.

1.1 Einführung

Die chemische Industrie sieht sich mit zwei zentralen Herausforderungen bei der Transformation zu einer nachhaltigen Wirtschaftsweise konfrontiert. Zum einen muss sie sowohl in ihrer Produktion als auch mit ihren Produkten bis Ende des nächsten Jahrzehnts treibhausgasneutral werden. Die andere Herausforderung besteht in der weltweit wachsenden Menge an Kunststoffen, die hinsichtlich der Menge die größte Produktegruppe der chemischen Industrie ausmacht. Hier gilt es einen Weg zu finden, Kunststoffe so zu managen, dass sie nicht als Plastikmüll in Flüssen und Meeren enden und dort Umweltschäden verursachen.

Die Lösung für beide Herausforderungen ist eine vollständige Kreislaufführung des eingesetzten Kohlenstoffs als wichtigstem Element in der Chemie. Historisch wurde eine Kreislaufführung vor allem angestrebt, um Ressourcen zu schonen. Dieses Ziel war insbesondere wichtig in der Chemie, weil ihre Produktion und Produkte auf endlichen kohlenstoffhaltigen Ressourcen (Erdöl, Erdgas) beruhen. Gegenwärtig ist das Argument des Ressourcenschutzes in den Hintergrund getreten, da vor dem Hintergrund des Ausstiegs aus der fossilen Energieerzeugung die vorhandenen Ressourcen für die stoffliche Nutzung in der Chemie noch sehr lange ausreichen würden.

Heute hat die Kreislaufführung vor allem zwei Zielrichtungen: Zum einen muss verhindert werden, dass Kunststoffe in die Umwelt gelangen, und die bereits ausgetragenen Kunststoffe müssen zurückgeholt und verwertet werden. Ein weiteres Anwachsen der Plastikberge in Flüssen und Meeren gilt es zu abzuwenden und schon vorhandene Müllberge müssen abgebaut werden, bevor durch Verwitterung und Abrieb noch mehr Mikroplastik entsteht und in die Umwelt und Nahrungsketten gerät.

Eine zweite zentrale Zielrichtung der Kreislaufführung ist der Klimaschutz. Die Chemie ist die einzige Industrie, die Kohlenstoff in ihre (organischen) Produkte einbaut. Dieser Kohlenstoff wiederum wird heute zum größten Teil noch am Ende des Produktlebens als (fossiles) CO2 in die Atmosphäre entlassen und trägt damit zum Klimawandel bei. Die Herausforderung für die chemische Industrie besteht nun darin, den eingesetzten Kohlenstoff zurückzuholen und in einem ständigen Kreislauf zu halten, um zu verhindern, dass die Umwelt mit Kunststoffabfällen und die Atmosphäre mit fossilem CO2 weiter belastet werden.

1.2 Kohlenstoff und CO2-Emissionen in der Chemie

Kohlenstoff und seine Umwandlung in das Treibhausgas CO2 nimmt in der Wertschöpfungskette der chemischen Industrie eine zentrale Rolle ein. Abbildung 1.1 gibt einen Überblick über die Chemiewertschöpfungskette und die Kettenglieder, bei denen Kohlenstoff über Roh- und Brennstoffe in die Wertschöpfungskette eingebracht wird und daraus CO2-Emissionen entstehen.

Abb. 1.1 CO2-Emissionen in der Chemie-Wertschöpfungskette (Quelle: eigene Darstellung).

Nach aktuellen Zahlen des Verbandes der Chemischen Industrie [1, VCI, Energiestatistik, Feb. 2024] werden immer noch rund 85 Prozent des Rohstoffbedarfs in der organischen Chemie durch Erdöl und Erdgas gedeckt. Ebenso stammt der größere Teil der Energie für die Produktion aus fossilen (kohlenstoffhaltigen) Energieträgern. Bereits bei der Rohstoff- und Brennstoffgewinnung aus Erdöl- und Erdgasfeldern und vor allem auch bei der Aufbereitung (Raffination) des Erdöls entstehen erhebliche Mengen an Kohlendioxid. Deren Reduktion kann die Chemie selbst nur dadurch beeinflussen, indem sie deutlich weniger oder keine fossilen Roh- und Brennstoffe mehr einsetzt.

Ca. die Hälfte (2020 ca. 56 Mio. Tonnen, [2, VCI/VDI, Chemistry4Climate, Abschlussbericht 2023]) der direkt von der Chemie zu verantwortenden CO2-Emissionen entstehen in der Produktion selbst: Chemieprozesse haben einen erheblichen Energiebedarf, dabei sind vor allem Prozesse zur Herstellung von Basischemikalien besonders energieintensiv. Diese Energie in Form von Prozesswärme und Strom wird entweder in eigenen Anlagen, vor allem in erdgasbefeuerten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, selbst bereitgestellt oder der Strom wird aus dem Netz bezogen. Zudem entstehen in einigen Prozessen aus den kohlenstoffhaltigen Rohstoffen auch sogenannte Prozessemissionen.

Die Reduktion der energiebedingten CO2-Emissionen gelang in der Vergangenheit vor allem durch erhebliche Effizienzsteigerungen in der Energiebereitstellung, z. B. indem die Primärenergieträger Kohle und Braunkohle durch Erdgas ersetzt wurden, aber auch durch Prozessoptimierungen. Die künftige weitere Reduktion bis zur Treibhausgasneutralität wird aber nur durch konsequente Dekarbonisierung der eingesetzten Energie gelingen. Hier bedarf es eines kontinuierlich steigenden Einsatzes an treibhausgasneutralen erneuerbaren Energien z. B. durch Einsatz erneuerbaren Stroms in Wärmepumpen für die Prozesswärmebereitstellung oder auch in direkt elektrisch „befeuerten“ Anlagen. Für die Wärmebereitstellung vor allem in Hochtemperaturprozessen ist auch die Nutzung von treibhausgasneutralem Wasserstoff möglich. Die Prozessemissionen können jedoch aus grundsätzlichen Gründen nicht durch Dekarbonisierung vermindert oder ganz vermieden werden: Da die chemische Wertschöpfungskette auch weiterhin auf Kohlenstoff als Grundelement und damit auf kohlenstoffhaltige Rohstoffe angewiesen ist, entstehen bei chemischen Prozessen diese Emissionen. Treibhausgasneutralität lässt sich hier nur durch Maßnahmen erreichen, die auch bei der Entsorgung der kohlenstoffhaltigen Produkte entscheidend sind.

Bei der Entsorgung der kohlenstoffhaltigen Produkte entsteht die andere Hälfte der von der Chemie zu verantwortenden CO2-Emissionen (2020 ca. 57 Mio. Tonnen [2, VCI/VDI, Chemistry4Climate, Abschlussbericht 2023]). Allein in den für die Produktion eingesetzten Rohstoffen (ohne Brennstoffe) sind nach Berechnungen des Verbandes der Chemischen Industrie bis zu 16 Mio. Tonnen Kohlenstoff enthalten. Am Produktlebensende wird dieser in den Produkten erhaltene Kohlenstoff entweder durch biologische und chemische Zersetzung in Kläranlagen oder in der Natur („kalte Verbrennung“) oder durch normale Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen als CO2 freigesetzt.

Der kalten Verbrennung unterliegen vor allem Chemieprodukte wie Wasch- und Reinigungsmittel, Kosmetika, Arzneimittel, und sonstige Produkte, die in der Regel nicht zurückgeholt werden können. Diese Produkte machen ungefähr ein Drittel des Masseoutputs der chemischen Industrie aus. Der normalen Verbrennung unterliegen vor allem die Kunststoffe und Polymere (in Lacken, Farben und Klebstoffen). Diese Produkte lassen sich in der Regel gut einsammeln und einer geregelten Entsorgung (hier durch Verbrennung) zuführen. Kunststoffe bilden etwa zwei Drittel des Masseoutputs der chemischen Industrie.

Im Rahmen der allgemeinen Bemühungen zur Erreichung der Klimaneutralität in allen Bereichen wächst auch das Kundenbewusstsein für kohlenstoffhaltige Chemieprodukte. Kunden erwarten zunehmend Produkte mit geringerem CO2-Footprint bzw. treibhausgasneutrale Produkte. Das setzt die chemische Produktion unter Druck, neben der Dekarbonisierung des Energiebedarfs auch das inhärente Problem des fossilen Kohlenstoffs in den Produkten zu lösen. Da die Chemie aber weiterhin auf Kohlenstoff als zentrales Element angewiesen ist, kann dieses Problem nicht durch Dekarbonisierung, sondern nur durch eine Defossilisierung der Rohstoffbasis gelingen.

1.3 Kohlenstoffkreislaufführung in der Chemie

Eine umfassende Defossilisierung der Rohstoffbasis kann nur dadurch funktionieren, wenn der für die Produkte erforderliche Kohlenstoff kontinuierlich im Kreis geführt wird und künftig nicht mehr als zusätzliches fossiles CO2 zum Anstieg der CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre und damit zur Erwärmung beiträgt. Dabei ist zu beachten, dass Kreislaufwirtschaft im Zusammenhang mit Kohlenstoff in einem sehr breiten Sinne verstanden werden und...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 24.12.2025
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Chemie
• Schlagworte: biobasierte Kunststoffe • Chemieindustrie • Chemiepark • Chemiewirtschaft • Chemische Industrie • Chemisches Recycling • circular economy • CO₂ • Defossilierung • Fossile Brennstoffe • Kunststoffabfälle • Life Cycle Management • Nachhaltigkeit • Nachhaltigkeitsmanagement • Stoffkreisläufe • Technologiemanagement • zirkuläre Wirtschaft
• ISBN-10: 3-527-84641-7 / 3527846417
• ISBN-13: 978-3-527-84641-2 / 9783527846412