Aktuelle Herausforderungen beim Einsatz von grünem CO₂

Physikalische Herausforderungen

Bei CO₂ handelt es sich um ein thermodynamisch sehr stabiles Molekül, welches zunächst unter hohem Energieeinsatz – durch die Nutzung von grünem Wasserstoff oder erneuerbarem Strom – in eine reaktive Form überführt werden muss. Daher ist die Herstellung von CO₂-basierten Produkten technisch anspruchsvoll und sehr energieintensiv. 

Für viele Anwendungen gibt es energetisch effizientere Alternativen. Batterieelektrische Fahrzeuge weisen z. B. im Personenverkehr eine fünfmal höhere energetische Effizienz auf als Fahrzeuge, die mit synthetischen Kraftstoffen betrieben werden [9]. Das chemische oder mechanische Recycling in der Kunststoffproduktion oder die Nutzung biogener Rohstoffe für chemische Synthesen vermeidet die vollständige Oxidation zu CO₂ und damit den hohen Energieaufwand zur Synthese komplexerer Moleküle. 

Wirtschaftliche Herausforderungen

Da die Aktivierung von CO₂ mit einem hohen Energiebedarf verbunden ist, resultieren daraus auch erhebliche Kosten, insbesondere solange grüne Energie und grüner Wasserstoff begrenzt und teuer sind. Produkte auf Basis von grünem CO₂ konkurrieren aktuell noch mit Produkten aus fossilen Prozessen, die am Markt verfügbar und deutlich billiger sind – nicht zuletzt, weil Klima- und Umweltkosten nur unzureichend eingepreist werden.  

Außerdem existieren bisher für die Nutzung von CO₂ kaum skalierbare Verfahren, die über Demonstrationsanlagen hinausgehen, weshalb für ein breites Produktspektrum die technologische Basis noch nicht vorhanden ist. Eine flächendeckende Entwicklung und anschließende Marktdurchdringung sind erst zu erwarten, wenn Produzenten tragfähige Gewinnerwartungen realisieren können. Dies hängt zentral an ­finanziellen und politischen Rahmenbedingungen, die aufgrund der gesellschaftlichen Ziele zur Erreichung der Klimaneutralität gesetzt werden.  

Systemherausforderung

Ein zentrales Hindernis für die Etablierung alternativer Nutzungsrouten von grünem CO₂ liegt derzeit in der noch unzureichend gelösten Rohstoffbereitstellung und -sammlung. Viele grüne CO₂-Emissionen fallen dezentral an. Dies gilt insbesondere für Biogasanlagen, Biomasseheizkraftwerke, Kläranlagen oder kleinere industrielle Fermentationsprozesse, etwa in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. 
Aber auch größere Punktquellen wie Müllverbrennungsanlagen mit biogenem Anteil oder Bioethanolanlagen liegen nicht immer direkt an möglichen CO₂-Nutzungsstandorten. Die Erschließung dieser CO₂-Mengen benötigt daher eine aufwändige Sammlung, Aufreinigung und Logistik, um sie zu den zentral liegenden chemischen Verwertungsanlagen zu bringen. 

Zur Verdeutlichung: Aus einer durchschnittlichen Ammoniak-Anlage werden jährlich rund 200.000 t CO₂ zur Verfügung gestellt. Eine schon recht große Biomethananlage scheidet im Jahr rund 15.000 t CO₂ ab. Es müssten also – grob überschlagen – etwa zehn Punktquellen zusammengefasst werden, um einem potenziellen Abnehmer dieselbe Menge an Rohstoff bereitzustellen.

Die dafür benötigte CO₂-Infrastruktur befindet sich aktuell noch in der Planung und bietet daher kurz- und mittelfristig keine Lösung für diese Herausforderung. Zusätzlich ist sie aktuell eher auf die Verbindung zentraler fossiler CO₂-Punktquellen wie Zement- und Kalkwerke mit Nordseehäfen ausgelegt als auf die Verbindung inländischer Produktions- und Nutzungsstandorte von grünem CO₂. 
Soll etwa in der chemischen Industrie eine Produktlinie testweise auf biogenes CO₂ umgestellt werden, so wird dafür oft schon mehr CO₂ benötigt, als aus dem lokalen Umfeld zur Verfügung gestellt werden kann. Daher benötigt auch eine erste, möglicherweise noch nicht dauerhafte Entscheidung für einen solchen Testbetrieb bereits erheblichen Infrastruktur-Aufwand. Der Transport würde in solchen Fällen per LKW durchgeführt, wofür das CO₂ energieaufwendig verflüssigt werden muss. Das würde in manchen Fällen die Einsparung von Emissionen ad absurdum führen.