Nach monatelangen, oft zähen Verhandlungen soll die umstrittene unterirdische Speicherung von Kohlendioxid (CO2) in Deutschland erlaubt werden. Im Vermittlungsausschuss von Bundestag und Bundesrat haben sich Bund und Länder auf einen Kompromiss geeinigt. Laut der neuen Regelung soll die verpresste CO2-Menge auf 1,3 Millionen pro Jahr und Speicher begrenzt werden - zunächst waren drei Millionen Tonnen geplant. Zudem enthält der Kompromiss eine Klausel, nach der Bundesländer unter bestimmten Bedingungen Speicher in ihrem Gebiet verhindern können. Vor allem Schleswig-Holstein und Niedersachsen hatten auf eine solche Option gedrungen.
Vertreter der Energiebranche haben allerdings wenig Hoffnung, dass sich die sogenannte CCS-Technologie (Carbon Capture and Storage) in Deutschland durchsetzen wird - wegen der Bedenken von Umweltschützern und Wissenschaftler einerseits aber auch wegen der Proteste gegen die unterirdischen CO2-Lagerstätten. Sie fürchten, das unterirdisch gelagerte Gas könne nach Jahrzehnten unkontrolliert entweichen.
Bisher gibt es in Deutschland überhaupt nur eine Pilotanlage in Brandenburg. In dem Bundesland mit einem hohen Braunkohleanteil wollte der Energiekonzern Vattenfall für 1,5 Milliarden Euro ein CCS-Demonstrationskraftwerk bauen - nahm aber wegen des langen Gezerres um eine Regelung zunächst Abstand davon.
Zum Wegsperren zu wertvoll
Einfangen, in die Erde pressen und versiegeln - das CCS-Prinzip gilt unter einer wachsenden Zahl von Forschern ohnehin als Irrweg. Nicht nur, weil die Speichertechnik umstritten ist. Vor allem, so ihre Überzeugung, sei Kohlendioxid zu wertvoll, um es unter die Erde zu verbannen. Denn neue Technologien machen CO2 zu einem kostbaren Rohstoff für weite Teile der Industrie.
Die Palette der Einsatzmöglichkeiten reicht von Folien über Tupperboxen bis hin zu Zement. Schon heute wird CO2 zu Harnstoff für die Kunstdüngerherstellung und zu Aspirin verarbeitet. Schon bald könnte es auch - in einem mehrstufigen Verfahren mit Wasserstoff zu Sprit verarbeitet - Autos und Flugzeuge antreiben. Daher fordert mittlerweile auch ein Expertengremium der EU: Kohlendioxid dürfe nicht vergraben, sondern müsse recycelt werden.
Unterschätzter Rohstoff
Das ist neu. Bislang trauten Forscher der Idee, Kohlendioxid als Rohstoff zu nutzen, nicht viel zu. Das Recycling könne lediglich einen "geringen Beitrag von einem Prozent zur Reduktion der CO2 -Emissionen leisten", hieß es beim Verband der Chemischen Industrie noch vor wenigen Jahren. Nach Weltretten klang das nicht gerade - wäre aber dringend nötig. Schließlich summierte sich der Ausstoß von Kohlendioxid als Abgas zuletzt auf die kaum vorstellbare Menge von gut 30 Gigatonnen im Jahr.
Alessandra Quadrelli glaubt, dass die Wissenschaft die Möglichkeiten des Kohlendioxids bei Weitem unterschätzt. Die Leiterin des Lehrstuhls für Nachhaltigkeit forscht an der Universität Lyon - auch im Auftrag der EU - an Verwertungskonzepten: CO2 könnte in den nächsten Jahren zu einem der wichtigsten Grundstoffe der Chemieindustrie werden.
Quadrelli spricht daher von einer beginnenden Kohlendioxidwirtschaft - einer Wirtschaft, die den Stoff nicht nur ausstößt, sondern ihn zugleich produktiv zu nutzen weiß. Sie kalkuliert, dass sich mithilfe innovativer CO2 -Recycling-Technologien ein Zehntel der global erforderlichen Treibhausgasreduktion erzielen ließe. Das wäre etwa so viel, wie Unternehmen und Staaten mithilfe der strittigen CCS-Technik unterirdisch einlagern wollen.
Es ist ein plötzlicher Imagewandel, der dem Klimakiller den Schrecken nehmen könnte: Kohlendioxidrecycling sei ein "heißes Zukunftsthema", sagt auch CO2 -Expertin Martina Peters vom Chemiekonzern Bayer. Die Nobelpreisträger George Olah und Josef Stiglitz würdigen das Gas gar als künftigen Kraftstoff der Chemieindustrie.
Die Experten des US-Energieministeriums wollen diese Chancen nutzen. Sie haben seit 2010 rund 106 Millionen Dollar in die Vision einer Kohlendioxidwirtschaft gesteckt. Das Bundesforschungsministerium stellt ebenfalls seit 2010 100 Millionen Euro bereit. Nun steigen auch Chemieunternehmen in das Geschäft ein, darunter Evonik, BASF und Bayer - und mit ihnen Technologie- und Energiekonzerne wie Siemens, RWE und EnBW.
Badelatschen aus CO2
Die Folge könnte sein, dass CO2 schon in wenigen Jahren in den meisten Alltagsprodukten steckt - von Badelatschen bis zu Medikamenten. Möglich wird das durch einen radikalen Technologiesprung: Zwar ist Kohlendioxid energiearm und reaktionsträge. Ohne hohen Energieaufwand ist der Stoff kaum zu verarbeiten. Zugleich aber ist Kohlenstoff - die Basis von CO2 - der unverzichtbare Grundbaustein vieler chemischer Verbindungen. Damit ist die Substanz auch Grundlage der gesamten Industrie.
Neue chemische Verfahren ermöglichen nun, das eigentlich gefürchtete Gas in bislang undenkbarem Maß einzusetzen: Mithilfe spezieller Substanzen, sogenannter Katalysatoren, helfen Forscher dem trägen Kohlendioxid auf die Sprünge. Die Katalysatoren aktivieren das unsichtbare CO2. Dadurch können andere Stoffe mit ihm reagieren. So entstehen neue Substanzen - etwa Flüssigkeiten oder Salze. Die werden dann zur Basis für Kunststoffe oder Baustoffe aller Art.
Wie aus dem Klimagas CO₂ Schaumstoff wird
CO₂ lässt sich unter anderem in fossilen Kraftwerken gewinnen, wo es dem Abgas mithilfe der Rauchgaswäsche entzogen wird.
Verflüssigt kann das CO₂ zur Weiterverarbeitung transportiert oder – gasförmig – direkt vor Ort chemisch umgewandelt werden.
Im Idealfall werden Wärme oder Wasserstoff und der benötigte Strom mit regenerativen Quellen wie Windkraft erzeugt.
Mithilfe von Katalysatoren werden die CO₂-Bausteine Kohlenstoff und Sauerstoff mit anderen Elementen zu neuen Chemikalien umgebaut.
Die Basis-Chemikalien können in der weiteren Produktion chemisch identische Stoffe ersetzen, die bisher auf Erdölbasis hergestellt werden.
CO₂-basierte Polykarbonate, Polyurethane aber auch Methanol lassen sich zum Beispiel zu CDs, Schaumstoffen oder Treibstoff verarbeiten.
"Die Experten sind sich dieser Prozesse lange nicht bewusst gewesen", sagt Joe Jones, Chef des US-Technologieunternehmens Skyonic, das aus Kohlendioxid mineralische Produkte wie Kalk und Soda herstellt, die vor allem in der Bauindustrie gefragt sind. Insgesamt lassen sich aus Kohlendioxid bisher 26 Baustoffe wie Zement und Mörtel herstellen. Das britische Startup Novacem etwa gewann für seinen grünen Zement aus CO2‚ erst kürzlich mehrere Auszeichnungen.
Auch das US-Unternehmen Novomer gehört zu den Pionieren der CO2 -Wirtschaft. Das Bostoner Unternehmen ist der erste Hersteller weltweit, der massenhaft Kunststoff aus Kohlendioxid produziert. Und die Bostoner forschen an Dutzenden weiteren CO2 -Recyclingverfahren.
Günstige Alternative
Dabei entstehen fast nebenbei neue Innovationen. So besitzt das Novomer-Plastik - das zur Hälfte auf Kohlendioxid basiert - völlig neue Eigenschaften: Sobald man es berührt, wird es durch die Körperwärme weich und lässt sich beliebig verformen. Beim Loslassen verfestigt es sich wieder. Damit könnte das Material intelligente Klebestreifen für Umschläge ermöglichen, die dann fixiert sind, wenn der Kunde sie ablegt. Nimmt er den Umschlag wieder zur Hand, wird der Kleber weich, und der Umschlag lässt sich öffnen. Noch etwas ist ungewöhnlich: Der neue Kunststoff sei schon jetzt preiswerter als etablierte Massenware, sagt Jason Anderson, der bei Novomer für neue Geschäftsfelder zuständig ist.
Als Nächstes wollen die US-Pioniere den Rost besiegen. Noch 2012 will Novomer mit dem niederländischen Biotech-Unternehmen DSM eine Metallbeschichtung aus CO2 -Plastik auf den Markt bringen, die Maschinen, Geräteteile und Metallspulen wie eine unsichtbare Haut vor Korrosion schützt. Novomer nutzt dafür das Kohlendioxid aus dem Abgas einer Ethanolfabrik. Es reagiert in den stählernen Tanks bei 70 Grad Celsius mit einer Flüssigkeit, die aus fossilen Rohstoffen erzeugt wird. Nach ein paar Stunden Rühren unter hohem Druck wird der Kunststoff abgezweigt.
Doch das klappt nur dank eines Katalysators, der die Reaktion 300-fach beschleunigt und den Energieverbrauch senkt. Dieses metallhaltige Pulver ist der eigentliche Kniff des Verfahrens. Seine Zusammensetzung verrät Novomer daher nicht.
Europäer und Chinesen wollen nachziehen
Jetzt beeilen sich chinesische und europäische Chemikalienproduzenten, dem Pionier nachzueifern - allen voran BASF: Vor wenigen Wochen präsentierte der Ludwigshafener Chemiekonzern mit Siemens einen Staubsauger, dessen schwarz glänzende Hülle aus einem CO2 -Plastik-Hybrid besteht. Zwar stecken darin auch noch herkömmliche Kunststoffe. Dennoch sei die Ökobilanz besser, als würde das Kohlendioxid unter der Erde gespeichert, sagt BASF-Projektmanagerin Anna Katharina Brym.
Genaue Zahlen rückt sie nicht heraus. Nur so viel verrät sie: Jede Woche werde im Labor in Ludwigshafen eine halbe Tonne Kohlendioxid vernichtet und mit einer erdölbasierten Komponente am Ende zu einer Tonne glasklaren Polypropylenkarbonats geschmolzen.
Besseres Bioplastik
Der Chemiekonzern aus Ludwigshafen möchte mit dem neuen Kunststoffgemisch die wachsende Zahl umweltbewusster Biokunden ansprechen. Daher werden die Techniker des Unternehmens das neue Plastik zunächst vor allem für kompostierbare Verpackungen einsetzen.
Kunden können dann gleich ein dreifach gutes Gewissen haben: Sie schonen endliche Ressourcen (Erdöl), tun etwas gegen das Müllproblem (das Plastik verrottet) und reduzieren den Treibhauseffekt (in der Packung ist CO2 gebunden).
Radikaler Richtungswechsel
Doch Verpackungen sind nur eines von vielen Einsatzfeldern neuer Kunststoffe. Mindestens ebenso wichtig für den Alltag sind Schäume. Sie sind Basis für Turnschuhe, Sturzhelme, Matratzen und Dämmplatten. Auch sie lassen sich aus CO2 herstellen. Führend auf dem Feld ist der Chemiekonzern Bayer. In den vergangenen Monaten stellte das Unternehmen bereits etliche Tonnen flüssigen Basisstoff für Schäume aus CO2 her - sogenannte Polyole.
Ein Katalysator auf Basis von Zink macht das möglich. Die zähflüssige Substanz besteht knapp zur Hälfte aus dem Treibhausgas. Sie wird zum gefragten Schaum weiterverarbeitet, der bisher aus Erdöl hergestellt wird. "Das können wir nun durch CO2‚ ersetzen", sagt Bayer-Chemikerin Peters.
Es wäre ein radikaler Richtungswechsel, denn bis dato hängt die chemische Industrie vom Erdöl ab. Um diese Abhängigkeit zu verringern, kooperiert Bayer mit dem Energiekonzern RWE als CO2 -Lieferant. Ab 2015 soll die industrielle CO2 -Plastik-Produktion anlaufen.
All das nützt dem Klima. Kunststoffe aus Kohlendioxid sind "gute Langzeitspeicher" für das Klimagas, sagt der Chemiker Walter Leitner von der RWTH-Aachen. Die Produkte haben eine lange Lebensdauer und können oft problemlos recycelt werden. Das Kohlendioxid bleibt dabei im Material gebunden. Nur wenn es in einer Müllverbrennungsanlage verfeuert würde und wieder in die Luft entweicht, wäre der Klimaeffekt dahin.
So weit zur Theorie. Doch was bringt das Klimaplastik wirklich? Die Forscher rund um den RWTH-Chemiker rechnen nach. Noch sind die Bilanzen nicht ganz fertig. Aber Bayer-Mitarbeiter deuten einen positiven Ausgang an. Mit solchen Bilanzen muss sich die Kohlendioxidindustrie messen lassen, findet die EU-Forscherin Quadrelli. Sie ist optimistisch, dass viele Techniken der Prüfung standhalten werden, zumal gerade eine Fülle neuer Verfahren entwickelt werde.
Bayer forscht nach Chemikalien
So forscht etwa Bayer an der CO2-basierten Erzeugung von Ameisensäure, einer Massenchemikalie, die sich unter anderem als Enteisungsmittel eignet, als Grundstoff für Rheuma-Tabletten oder zum Imprägnieren von Leder.
Selbst texanische Kühe fressen neuerdings ein weißes Salz, in dem Kohlendioxid aus einer Zementfabrik aus San Antonio steckt. Es soll die Mägen der Tiere vor Übersäuerung schützen. Bei dem Salz handelt es sich um den massenhaft eingesetzten Stoff Natriumbikarbonat, der schon heute zum Backen, als Wandfarbe, Bleichmittel und Waschpulver eingesetzt wird. Bislang mussten Minenbetreiber jedes Jahr rund 40 Millionen Tonnen davon aus Seen und Bergwerken fördern. Die Herstellung des Stoffes aus Kohlendioxid sei dagegen um ein Drittel preiswerter, versichert Skyonic-Manager Jones.
Seit April 2010 produziert sein Unternehmen 40 Tonnen des auf CO2 basierenden Salzes jährlich. Im März begann der Bau einer größeren Fabrik für 125 Millionen Dollar. Sie soll 75 000 Tonnen Kohlendioxid jährlich vernichten und im Gegenzug 143 000 Tonnen Salz liefern.
Das Produkt sei laut Jones so rein, dass sein Unternehmen es auch an Nahrungsmittelhersteller verkaufen werde, etwa für das Backen von Keksen und Sandkuchen. Auch Glasfabrikanten, Shrimps-Züchter und Algenproduzenten haben Interesse bekundet: Denn nach Studien der Universität Texas wachsen Algen nach Zugabe von Natriumbikarbonat drei Mal schneller.
Treibstoff aus CO2
Ein Geniestreich wäre es, Treibstoff aus CO2 herzustellen. Ressourcen- und Klimaprobleme wären zugleich gelöst. Forscher interessieren sich vor allem für Methanol, das wie Ethanol - das etwa dem E10-Benzin beigemischt wird - ein Alkohol ist.
Doch während bei der Produktion von Ethanol massenhaft Kohlendioxid entweicht, passiert bei der Methanolherstellung das Gegenteil: CO2 wird gebunden, etliche Gigatonnen des Treibhausgases verschwinden aus der Erdatmosphäre. Mit Methanol können Autos fahren, Flugzeuge fliegen und Chemikalien erzeugt werden. Zwar ist Methanol giftig - ein Vorwurf der Kritiker. "Aber auch Benzin verursacht Vergiftungen, wenn es verschluckt wird", verteidigt Nobelpreisträger Olah den Stoff.
Im japanischen Osaka ist der Grundstein für eine Methanolwirtschaft bereits gelegt. Der Chemiekonzern Mitsui Chemicals erzeugt dort in einer Fabrik seit 2009 jedes Jahr 100 Tonnen Methanol. Die Herstellung sei allerdings noch energieaufwendiger als die traditionelle Erzeugung aus Erdöl, räumt das Unternehmen ein.
In diesem Punkt ist das isländische Unternehmen Carbon Recycling International schon weiter. Das Unternehmen liegt im Südwesten der Insel, zwischen Vulkanen und grünen Wiesen. In dieser ländlichen Idylle ist Erdwärme im Überschuss verfügbar. Kochend heißes Wasser schießt allerorten aus der Erde.
Und so nahm im November 2011 eine 15 Millionen Euro teure Fabrik ihren Betrieb auf, die knapp 4000 Tonnen Methanol pro Jahr liefert. Gefüttert wird sie mit Tausenden Kubikmetern Kohlendioxid aus einem benachbarten Kraftwerk. Das Produkt landet später in europaweit verkauftem Sprit, dem bis zu drei Prozent Methanol beigemischt werden darf. Ab 2013 will der isländische Betrieb seine Produktion auf 50 Megatonnen Methanol aufstocken.
Fotosynthese im Labor
Eine CO2 -Industrie, die sich zudem auf erneuerbare Energien stützt, würde dem Klima noch mehr nützen und fossile Energieträger weiter schonen. Vorbild dieser Vision ist die Natur: Pflanzen wandeln Kohlendioxid mithilfe von Sonnenlicht in Biomasse - sprich Biochemikalien wie Kohlenwasserstoffe, Fette und Eiweiße - um.
Diese sogenannte Fotosynthese ins Labor zu holen ist ein alter Traum von Chemikern. Hunderte Forschergruppen weltweit arbeiten daran, ihn Realität werden zu lassen. BASF und EnBW beispielsweise versuchen, Kohlendioxid mit Sonnenlicht in Kraftstoff zu verwandeln.
Das Bremer Startup Sunfire hat dasselbe Ziel vor Augen: Per Elektrolyse spalten sie Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff auf. Der reagiert mit CO2 in mehreren Syntheseschritten zu Benzin, Diesel und Kerosin. Solar- und Windkraftanlagen liefern saubere Energie für den Prozess. Das Züricher Unternehmen Climeworks hat für das Sunfire-Verfahren einen Filter entwickelt, der das benötigte CO2 aus der normalen Atemluft fischt. Das Duo aus Bremen und der Schweiz kalkuliert mit Erzeugungskosten von zunächst 1,20 bis 1,50 Euro je Liter. Nächstes Jahr nimmt es eine erste Testanlage in Betrieb.
Und es gibt weitere Ideen zur künftigen Treibstoffversorgung.
Vergangenes Jahr präsentierte das kalifornische Startup Sun Catalytix ein künstliches Blatt - daumennagelgroß und schwarz, nicht grün wie das natürliche Vorbild. Aber an seiner Oberfläche sprudeln Sauerstoff und Wasserstoff empor, die aus Kohlendioxid, Wasser und Licht entstehen. Damit könnten - so hoffen die Erfinder - eines Tages Brennstoffzellen-Autos angetrieben werden.
Die Marktreife des Sonnensprits wäre ein sensationeller Durchbruch, sagt EU-Forscherin Quadrelli. Es wäre gleichgültig, wenn dann noch Kohlendioxid aus dem einen oder anderen Auspuff oder Fabrikschlot weht, weil andernorts das Kohlendioxid wieder von künstlichen Bäumen und Blättern abgefangen würde.
Es wäre der Kohlenstoffkreislauf, von dem die Forscher seit Jahren träumen.
Teile dieses Textes sind am 21. Mai 2012 in der WirtschaftsWoche erschienen