Die Eisen- und Stahlindustrie stellt mit Abstand die Branche mit den meisten Treibhausgasemissionen dar. Die Zementindustrie sowie die chemische Industrie sind weitere große Emittenten. In diesen drei Branchen spielen die prozessbedingten Treibhausgasemissionen eine zentrale Rolle. 

Zementindustrie

Bei der Zementherstellung werden große Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Diese Treibhausgasemissionen werden insbesondere durch zwei Prozesse verursacht: Erstens werden für den Brennvorgang, bei dem das Ausgangsmaterial Kalkstein zu (Zement-)Klinker gebrannt wird, sehr hohe Temperaturen benötigt. Dies führt zu einem hohen Energieverbrauch und daher zu hohen direkten energiebedingten Emissionen. Zweitens führt die chemische Reaktion beim Brennen zu einer Freisetzung von Treibhausgasen, weil eine Entsäuerung des Kalksteins stattfindet. Diese prozessbedingten Treibhausgasemissionen machen etwa 50 Prozent der gesamten Emissionen aus.

Die Dekarbonisierung der Zementindustrie ist anspruchsvoll, da bisher noch keine Technologie entwickelt wurde, welche die Treibhausgasemissionen weitgehend reduziert. Vielmehr wird es einen Maßnahmen-/Technologiemix geben müssen, um die Zementindustrie klimaneutral zu gestalten.

Folgende Reduktions-Strategien werden aktuell verfolgt:

  • Materialsubstitution (Ersatz von Beton als Baustoff, Verringerung des Zementanteils im Beton, Verringerung des Klinkeranteils im Zement)
  • CO2-Abscheidung und Kreislauf-Führung (Carbon Capture and Utilization (CCU)
  • Energieeffizienz und Brennstoffsubstitution
  • Minimierung von Transportwegen
  • Anpassung von Bauordnung und Normung sowie öffentlicher Beschaffung

Die Ansätze zur Materialsubstitution und zur CO2-Abscheidung haben die Minimierung der prozessbedingten Treibhausgasemissionen als Ziel.

Stahlindustrie

Ein Großteil der Treibhausgasemissionen in der Stahlindustrie sind Prozessemissionen. Sie entstehen vor allem im Hochofenprozess, der auf dem Einsatz fossiler Kohlenstoffträger (vor allem Koks) als Reduktionsmitteln angewiesen ist.

Es sind bereits mehrere wirksame Ansätze bekannt, die zur deutlichen Minderung der Emissionen in der Stahlindustrie führen können. Grundsätzlich lassen sich die prozessbedingten Emissionen durch komplette Prozessumstellungen deutlich mindern. Entsprechende Ansätze befinden sich aktuell in der Entwicklung.

Folgende Reduktions-Strategien werden aktuell verfolgt:

  • Umgestaltung des Produktionsverfahrens
    • Einsatz von elektrolytischen Verfahren
    • Einsatz von gasbasierten Direktreduktionsverfahren
  • Minderung innerhalb bestehender Produktionsverfahren
    • Effizientere Nutzung der Prozessgase
    • Steigerung der Energieeffizienz durch Verkürzung der Prozessketten (Vermeidung von Wärmeverlusten)
    • Steigerung der Recyclingquote (Sekundärstahlerzeugung über Elektroofenroute inbesondere mit Einsatz von erneuerbarem Strom).
  • Verwendung neuer Stahlsorten

Die Umgestaltung des Produktionsverfahrens zielt auf die Minderung der prozessbedingten Treibhausgasemissionen ab. Die elektrolytischen Verfahren befinden sich noch im frühen Entwicklungsstadium. Gasbasierte Direktreduktionsverfahren werden bereits weltweit im industriellen Maßstab auf Erdgasbasis betrieben. Das Erdgas wird in einem ersten Prozessschritt in CO und H2 aufgespalten. Der alternative direkte Einsatz von regenerativ erzeugtem Wasserstoff wird aktuell in verschiedenen Projekten erprobt.

Chemische Industrie

Die Herstellung von Ammoniak (NH3) stellt die Hauptquelle für die freigesetzten prozessbedingten CO2-Emissionen in der chemischen Industrie dar. Die Herstellung von Ammoniak besteht aus zwei integrierten Prozessschritten:

  1. Dem Synthesegasprozess zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff
  2. Der Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren zur Umwandlung von Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak. Bei der Gewinnung des Synthesegases aus fossilen Quellen fällt prozessbedingt CO2 an

Als Reduktions-Strategie wird aktuell insbesondere die Umstellung auf regenerativ erzeugten Wasserstoff verfolgt. Hierdurch werden Treibhausgasemissionen gegenüber der Synthese von Wasserstoff aus fossilen Rohstoffen vollständig vermieden.