CO₂-Verwendung in Industrie und Forschung
Technologien, Anwendungen und Potenziale
CO2 als Ressource sehen
CO2 galt lange Zeit ausschließlich als Abfallprodukt industrieller Prozesse und Symbol der Klimakrise. Heute wird es zunehmend als wertvoller Rohstoff für neue Wertschöpfungsketten betrachtet. Durch die gezielte Verwendung von CO2 – insbesondere im industriellen Maßstab – eröffnen sich für Unternehmen neue Wege in Richtung Klimaneutralität, Rohstoffsicherung und Innovationsführerschaft.
Während CO2-Vermeidung und -Speicherung weiterhin zentrale Strategien im Klimaschutz darstellen, rückt die stoffliche CO2-Verwertung (engl. Carbon Utilization) als innovative Option in den Fokus. Sie bietet eine Möglichkeit, CO2 in zirkuläre Prozesse zu integrieren, anstatt es dauerhaft zu deponieren.
Beispiele der CO2-Verwendung in der Industrie: Was entsteht aus CO2?
Die Verwendung von CO2 als Rohstoff wird zunehmend in industriellen Prozessen integriert. Im Fokus stehen dabei insbesondere Branchen mit prozesstechnisch unvermeidbaren Emissionen – etwa die großtechnische Chemie oder energieintensive Produktionsprozesse. Die CO2-Verwertung eröffnet neue Perspektiven für eine kohlenstoffarme, zirkuläre Produktionsweise, indem CO2 nicht als Abfall, sondern als Ausgangsstoff für industrielle Produkte genutzt wird.
Herstellung von Alkoholen und Plattformchemikalien:
Ein zentrales Anwendungsfeld ist die Umwandlung von CO₂ in Alkohole wie Methanol oder Ethanol. Diese können als Energieträger, Ausgangsstoffe für chemische Produkte oder Bestandteile von Kraftstoffen dienen. Die zugrunde liegenden Prozesse basieren auf Gasfermentation, chemischer Katalyse oder elektrochemischen Verfahren, häufig in Kombination mit Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen.
Verwendung in der Industrie:
CO₂-basierte Alkohole werden in der chemischen Industrie als Plattformchemikalien für Kunststoffe, Lösungsmittel und synthetische Kraftstoffe eingesetzt. Methanol dient unter anderem als Ausgangsstoff für Formaldehyd, Kunstharze oder E-Fuels, während Ethanol in der Kraftstoffbeimischung, in der chemischen Synthese und als Lösungsmittel Anwendung findet.
Produktion organischer Säuren
Auch organische Säuren wie Milchsäure, Bernsteinsäure oder Ameisensäure lassen sich auf Basis von CO₂ herstellen. Diese Verbindungen dienen als wichtige Zwischenprodukte für unterschiedliche industrielle Wertschöpfungsketten. Technologisch kommen mikrobielle Fermentationen und biotechnologische Kaskadenprozesse zum Einsatz, bei denen CO₂ direkt oder über Zwischenstufen wie Methanol verwertet wird.
Verwendung in der Industrie:
Organische Säuren aus CO₂ werden als Konservierungs- und Säuerungsmittel, als Ausgangsstoffe für Biokunststoffe und Polymere sowie als Prozesschemikalien in der chemischen Industrie genutzt. Ameisensäure findet darüber hinaus Anwendung als Reduktionsmittel, Desinfektionsmittel und perspektivisch als Wasserstoffträger.
Produktion organischer Säuren
Auch organische Säuren wie Milchsäure, Bernsteinsäure oder Ameisensäure lassen sich auf Basis von CO₂ herstellen. Diese Verbindungen dienen als wichtige Zwischenprodukte für unterschiedliche industrielle Wertschöpfungsketten. Technologisch kommen mikrobielle Fermentationen und biotechnologische Kaskadenprozesse zum Einsatz, bei denen CO₂ direkt oder über Zwischenstufen wie Methanol verwertet wird.
Verwendung in der Industrie:
Organische Säuren aus CO₂ werden als Konservierungs- und Säuerungsmittel, als Ausgangsstoffe für Biokunststoffe und Polymere sowie als Prozesschemikalien in der chemischen Industrie genutzt. Ameisensäure findet darüber hinaus Anwendung als Reduktionsmittel, Desinfektionsmittel und perspektivisch als Wasserstoffträger.
Biotechnologische Ansätze
Biotechnologische Verfahren nutzen Mikroorganismen oder synthetisch modifizierte Bakterienstämme, um CO₂ unter moderaten Bedingungen in Wertstoffe zu überführen. Diese Ansätze zeichnen sich durch eine hohe Selektivität aus und ermöglichen die gezielte Herstellung von Produkten wie PHA-Biokunststoffen, Proteinen oder Säurederivaten. Zudem lassen sich solche Verfahren häufig dezentral einsetzen und mit bestehenden Stoffströmen koppeln, etwa in der Abwasseraufbereitung oder Biogaserzeugung.
Verwendung in der Industrie:
Die biotechnologisch erzeugten Produkte kommen unter anderem in der Verpackungs- und Kunststoffindustrie, in der Futtermittel- und Lebensmittelwirtschaft sowie in der chemischen Verfahrenstechnik zum Einsatz. Biokunststoffe auf CO₂-Basis können fossile Polymere ersetzen, während mikrobielle Proteine als nachhaltige Rohstoffe für Futtermittel oder industrielle Fermentationsprozesse genutzt werden.
Die beschriebenen Beispiele zeigen, welche Produkte heute bereits aus CO2 hergestellt und industriell genutzt werden. Welche Bedeutung diese Anwendungen für einzelne Wirtschaftszweige haben, verdeutlicht der folgende Überblick über besonders relevante Branchen.
Branchen mit besonderer Relevanz für CO2-basierte Anwendungen: Wo wird CO2 eingesetzt?
Branche
Chemische Industrie
Energiewirtschaft
Lebensmittel- & Getränkeindustrie
Kälte- & Klimatechnik
Wasseraufbereitung
Brandschutztechnik
Baustoffindustrie
Biotechnologie & Verfahrenstechnik
CO2-Verwendung heute und zukünftig
Synthese von Methanol, Ameisensäure, Alkoholen und Plattformchemikalien auf CO₂-Basis
Power-to-Gas (Methanisierung), Power-to-Liquid (synthetische Kraftstoffe), Speicherung erneuerbarer Energie
CO2 zur Karbonisierung von Getränken, Verpackung unter Schutzatmosphäre
CO2 als natürliches Kältemittel in Kühlanlagen, insbesondere im Lebensmittelsektor
Einsatz zur pH-Wert-Regulierung als Alternative zu konventionellen Säuren
Verwendung als Löschmittel in Inertgaslösungen, z. B. in Rechenzentren
CO2-Mineralisierung in Zement oder Beton als Bindemittelersatz
Nutzung von CO2 durch Mikroorganismen zur Herstellung organischer Säuren, Kunststoffe, Proteine
Aktuelle Aktivitäten und Fördermöglichkeiten in Baden-Württemberg
Mit dem Netzwerk Innovation Hub CCUBIO – Carbon Capture and Utilization mit Biotechnologie unterstützt Umwelttechnik BW die Entwicklung und Umsetzung von CCU-basierten Technologien mit biotechnologischen Verfahren. Ziel ist es, Unternehmen dabei zu begleiten, CO₂ als Rohstoff systematisch zu erschließen – von der Forschung bis zur industriellen Anwendung.
Welche CO₂-Verwertungsoptionen für Unternehmen infrage kommen, hängt maßgeblich von den eingesetzten Technologien ab. Diese unterscheiden sich deutlich hinsichtlich Reifegrad, Energiebedarf und industrieller Skalierbarkeit.