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Förderprogramm Dekarbonisierung in der Industrie

Eine industrielle Fabrik mit Arbeitern in Schutzkleidung, die an verschiedenen Maschinen und Geräten arbeiten

Clean Carbon Black – Research and Development (CCB-R&D) – Innovatives Verfahren zur klimafreundlichen Produktion von Industrieruß

Zuwendungsempfänger: Orion Engineered Carbons GmbH

Projekt: CCB-R&D – Neukonzeptionierung des Herstellungsprozesses von Carbon Black

Branche: Chemieindustrie

Projektart: Forschung und Entwicklung

CO2-Einsparpotenzial: Bis zu 90 Prozent weniger CO2-Ausstoß pro Tonne Industrieruß

Laufzeit

laufend

15.06.2023 bis 31.03.2027

Verortung

Werk und Technikzentrum Köln – Nordrhein-Westfalen

Fördervolumen

6.420.176,80 €

Industrieruß wird heute in einer Vielzahl von Produkten gebraucht. Der Großteil wird für Autoreifen, Gummidichtungen oder Lacke eingesetzt. Neben der charakteristischen Schwarzfärbung hat das sogenannte Carbon Black vor allem Einfluss auf die Widerstandsfähigkeit und dient als Verstärkungsmittel. Dessen Herstellungsprozess verursacht erhebliche Treibhausgasemissionen. Die Orion Engineered Carbons GmbH forscht im Projekt „Clean Carbon Black – Research and Development (CCB-R&D)“ an einem klimafreundlichen Verfahren zur Carbon-Black-Herstellung.

Die Herausforderung: Prozessbedingte Emissionen bei der Rußproduktion

Bislang werden insgesamt 98 Prozent des weltweit produzierten Carbon Blacks werden mittels des Furnace-Ruß-Verfahrens hergestellt. Dabei werden fossile Rohstoffe in einen Brennofen eingebracht, um dort umgewandelt zu werden. Die Reaktionstemperaturen liegen bei rund 1.600 Grad Celsius.  Die hierfür notwendige Energie wird bislang durch das Verbrennen von Erdgas oder Öl erzeugt. Prozessbedingt entstehen hierbei große Mengen an CO2. Das im Verbrennungsprozess entstehende Rauchgas wird anschließend abgekühlt und das enthaltene Carbon Black abgetrennt.

Bisherige Versuche, die eingesetzten Rohstoffe durch alternative Kohlenstoffquellen zu ersetzen, erwiesen sich als ineffizient. Die Kohlenstoffausbeute war geringer und es entstanden zusätzliche Emissionen. Auch die Rückgewinnung des Werkstoffes, wie beispielsweise aus Altreifen, ist bislang noch unzureichend für gleiche industrielle Anwendungen entwickelt und bietet noch keine äquivalente Alternative.

Klassischer Furnace-Ruß-Prozess

Die Innovation: Forschung zur klimaneutralen Herstellung von Carbon Black

Orion forscht als einer der Weltmarktführer in der Produktion von speziellen und hochwertigen Carbon Blacks an der ganzheitlichen Veränderung des Herstellungsprozesses. Ziel ist es, bis zu 100 Prozent der prozessbedingten sowie bis 90 Prozent der gesamten Treibhausgasemissionen zu vermeiden. Die verbleibenden Emissionen sollen möglichst aus nachwachsenden Rohstoffen erzeugt oder mittels Wasserstoff als industrielles Nebenprodukt ausgeglichen werden. Dafür arbeitet das Unternehmen an der Entwicklung eines klimaneutralen Prozesses zur Herstellung von Carbon Black aus alternativen Kohlenstoffquellen. Am Standort Köln wird hierfür eine Laboranlage errichtet. Über das neue Verfahren soll der gesamte Kohlenstoff in neue Wertstoffe gewandelt werden.

Bei der Herstellung von Rußrohstoffen aus Altreifen fallen ebenfalls hohe CO2-Emissionen an. Um diese zu vermeiden, wird die Aufbereitung von recycelten Material vollständig mit in den Gesamtablauf eingeflochten. Das Anlagenkonzept sieht eine direkte Integration der Altreifenpyrolyse, also der stofflichen Verwertung des Gummis in Industriereaktoren, in den Furnace-Ruß-Prozess vor – dadurch werden zusätzlich Treibhausgasemissionen eingespart.

Hohe Kohlenstoff- und Energieeffizienz sind der Schlüssel auf dem Weg zu ‚Net-Zero‘. Nach erfolgreicher Umsetzung des Anlagenkonzeptes soll die großtechnische Umsetzung zeitnah erfolgen.
David Deters, Chief Technology Officer der Orion Engineered Carbons GmbH
Foto David Deters

David Deters, Chief Technology Officer der Orion Engineered Carbons GmbH

Ausblick: Auf dem Weg in den industriellen Einsatz

Im Projekt CCB-R&D steht zunächst die weitere Erforschung der technischen Prinzipien für eine Anwendung im industriellen Umfeld im Vordergrund. Diese bilden die Grundlagen für eine anschließend geplante Entwicklung der integrierten Anlagentechnik und Demonstration. Orion investiert rund 12,8 Millionen Euro in das Vorhaben – 50 Prozent davon sind Fördermittel aus dem Programm „Dekarbonisierung in der Industrie“ des Bundeswirtschaftsministeriums. Zudem wird das Vorhaben durch die Europäischen Union über den Fonds „NextGenerationEU“ finanziert. Für eine Überführung der Forschung in den breiten Industrieeinsatz ist der praktische Nachweis einer gelungenen großtechnischen Umsetzung erforderlich. Die Nachfrage an Industrieruß ist global wachsend. Unternehmensangaben zufolge, die sich auf eine Marktstudie von 2021 stützen, beträgt das zu erwartende weltweite Gesamtvolumen der Carbon Black-Produktion für 2025 etwa 15 Millionen Tonnen pro Jahr.

Förderlogos des BMWK und der Next Generation EU

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