Fallbeispiel
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Neuer Wasserstoffverbund reduziert CO₂-Emissionen

Aufbau eines Verbundes zwischen zwei Produktionsbetrieben zur Einsparung von Wasserstoff

Evonik Industries hat sich auf Spezialchemie spezialisiert. Es stellt unter anderem AEROSIL® her, das sich in vielen Produkten des Alltags findet. Für dessen Herstellung wird Wasserstoff benötigt. Dieser wurde bisher in einem relativ energieintensiven Prozess hergestellt. So kam dem Unternehmen die Idee, diesen Prozess mit einem anderen Prozess zu koppeln, bei dem Wasserstoff ein Nebenprodukt ist.

Evonik stellt in Rheinfelden unter anderem AEROSIL® her, das sich in vielen Produkten des Alltags findet, z. B. in Zahnpasta, Farben und Lacken oder auch LED-Lampen. AEROSIL® verbessert die Eigenschaften dieser Produkte und macht sie in vielen Fällen energiesparender, wie z. B. als Bestandteil von wärmedämmenden Türen in Kühlschränken. AEROSIL® ist ein weißes Pulver und chemisch gesehen eine Art Sand, der in einem Verbrennungsprozess hergestellt wird. Produziert wird diese sogenannte pyrogene Kieselsäure aus Wasserstoff, der chemischen Verbindung Chlorsilan sowie entfeuchteter Luft. Bisher wurde bei Evonik der hierfür benötigte Wasserstoff mit Erdgas hergestellt. Dabei entstehen allerdings spezifische CO2-Emissionen.

Zur Wasserstoffherstellung wurde bislang der sogenannte Steam Reforming-Prozess eingesetzt, bei dem Erdgas mit Wasserdampf in Wasserstoff und CO2 umgewandelt wird. Da im Chlorsilanbetrieb aber Wasserstoff als Nebenprodukt anfällt, lag die Lösung nahe, einen Wasserstoffverbund zwischen den beiden Betrieben aufzubauen. Bisher wurde der Wasserstoff aus der Chlorsilanproduktion lediglich thermisch verwertet. Um die Produktion ressourcenschonender zu gestalten, wird nun der Wasserstoff im Verbund stofflich verwertet. Dies spart zwar keine Kosten, reduziert jedoch die CO2-Emissionen, da weniger Wasserstoff über den Steam Reforming-Prozess hergestellt werden muss.

Evonik produziert in Rheinfelden nicht nur Materialien für energiesparende Produkte, sondern achtet schon in der Produktion auf eine ausgewogene Energiebilanz auf Basis von nachhaltigen Ressourcen. Der Standort bezieht die eine Hälfte des eigenen Strombedarfs aus erneuerbarer Wasserkraft und die andere Hälfte aus Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung. Seit dem Jahr 2012 ist Evonik Rheinfelden ISO 50001-zertifiziert und weist sein Engagement für das Energiemanagement in regelmäßigen Audits nach.

Evonik arbeitet stetig daran, seine Energiebilanz noch weiter zu verbessern. Dies war auch die Motivation für das Projekt zur Schaffung eines Wasserstoffverbundes: Bis Ende des Jahres 2016 soll der komplette Wasserstoff aus dem Chlorsilanbetrieb in die AEROSIL®-Produktion übernommen werden.

Seit Projektbeginn im Jahr 2011 übernimmt der AEROSIL ®-Betrieb in vier Projektstufen den Wasserstoff des Chlorsilanbetriebs. Mit jeder Projektstufe wurden weitere Produktionslinien der AEROSIL®-Betriebe am Standort in den neuen Wasserstoffverbund integriert. An dem Projekt waren nicht nur der Chlorsilanbetrieb und der AEROSIL®-Betrieb, sondern auch die Anlagentechnik beteiligt. In der ersten Projektstufe wurde in die Infrastruktur investiert und eine Rohrleitung zwischen den beiden Betrieben verlegt, die gut 1,5 km aus einander liegen. Im zweiten und dritten Schritt wurde die bereits vorhandene Infrastruktur mitgenutzt und die nötige neue Messtechnik an den Produktionslinien nach - gerüstet. Der vierte Schritt schließlich beinhaltete weitere umfassende Investitionen in die Infrastruktur beider beteiligter Betriebe.

Betrachtet man den Bilanzrahmen Chlorsilan- und AEROSIL®-Produktion, so konnten die durch den Rohstoff Wasserstoff bedingten CO 2-Emissionen um 67 % gesenkt werden, da weniger Erdgas für die Herstellung der erforderlichen Wasserstoffmenge eingesetzt werden muss.

Diese deutliche CO 2-Einsparung bleibt sogar dann bestehen, wenn man nicht nur die AEROSIL ®-Produktion, sondern auch den Energieverbund inklusive Kesselhaus am Standort Rheinfelden betrachtet. Das Kesselhaus ist der Betrieb, in dem bis vor Beginn des Projekts der im Chlorsilanbetrieb anfallende Wasserstoff thermisch für die Dampferzeugung verwertet wurde. Da dem Kesselhaus nun weniger Wasserstoff zur Verfügung steht, muss mehr Erdgas genutzt werden, um den Standort mit der gleichen Menge an Dampf zu versorgen. Selbst bei dieser Betrachtung lässt sich mit 35 % dennoch eine deutliche Einsparung der spezifischen CO 2-Emissionen, die bei der Herstellung des AEROSIL ®-Rohstoffs Wasserstoff anfallen, feststellen.

Evonik ist es durch die gute Kenntnis der technischen Abläufe gelungen, einen internen Stoffkreislauf mit Kuppelprodukten zu schließen. Auch wenn die beteiligten Prozesse bereits bekannt waren, stellten die Kombination der Prozesse und die notwendige Regeltechnik eine Herausforderung dar. Durch den Wegfall des Wasserstoffs aus der Chlorsilan-Produktion in der thermischen Verwertung im Kesselhaus muss nun mehr Erdgas für die Erzeugung der im Werk notwendigen Dampfmengen eingesetzt werden. Dennoch rentiert sich die stoffliche Verwertung des Wasserstoffs aus der Chlorsilan-Produktion gegenüber der thermischen Verwertung auch für den gesamten Produktionsstandort, da die Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas mit Wirkungsgradverlusten behaftet ist.

Evonik, der kreative Industriekonzern aus Deutschland, ist eines der weltweit führenden Unternehmen der Spezialchemie. Die Aktivitäten des Konzerns sind auf die wichtigen Megatrends Gesundheit, Ernährung, Ressourceneffizienz sowie Globalisierung konzentriert. Am Standort Rheinfelden hat das Unternehmen rund 1.200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Evonik ist in mehr als 100 Ländern der Welt aktiv. Mehr als 33.500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erwirtschafteten im Geschäftsjahr 2015 einen Umsatz von rund 13,5 Mrd. Euro und ein operatives Ergebnis (bereinigtes EBITDA) von rund 2,47 Mrd. Euro.

Firmengebäude
Evonik Rheinfelden (Evonik Industries AG)
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Fertigungsstruktur:
  • Prozessindustrie
Wertschöpfungsaktivität:
  • Entsorgung / Recycling
Ansatzpunkt / Strategie:
  • Energiekonzept
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  • Stoffkreislauf / Recycling
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  • Energie
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  • Chemieprodukte
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  • Abgas
Amortisationsdauer:
  • taktisch (1 bis 5 Jahre)