CO₂-Recycling
Wer CO₂ recycelt, kann aus Kohlenstoffverbindungen wertvolle Produkte und Geschäftsmodelle entstehen lassen. Und nebenbei aktiv das Klima schützen.
Erneuerbarer Kohlenstoff aus fossilen Quellen
Das Klimagas CO2 ist mit seiner hohen Verfügbarkeit insbesondere an Punktquellen eine sichere Rohstoffquelle für die Industrie. Stoffkreisläufe, die keinen fossilen Kohlenstoff mehr aufnehmen, sondern oberirdischen Kohlenstoff rezirkulieren - da liegt die Zukunft.
So erweitern wir die Rohstoffbasis unserer Gesellschaft und senken den CO2-Anteil in der Atmosphäre.
Steigende Rohstoffpreise und fragile Lieferketten machen Investitionen in CO2-Recycling attraktiv. Der Markt für Carbon Capture and Utilisation (CCU) wird auf bis zu 10,75 Milliarden USD bis zum Jahr 2032 geschätzt, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von rund 10,5 % ab 2023.
CCU umfasst Technologien, die CO₂ nicht nur abscheiden, sondern auch stofflich nutzen. Ein Beispiel ist die Herstellung von Baustoffen und chemischen Produkten. So kann Wertschöpfung revolutioniert werden.
Sehen Sie die Möglichkeiten?
Ihr Kontakt
Umwelttechnik BW GmbH
Kleiner Schlossplatz 13
70173 Stuttgart
Deutschland
So unterstützen wir Ihre CO2-Recycling Projektidee
- Starterpaket CO₂-Recycling: Nutzen Sie unseren Leitfaden, das CO₂-Recyclingtool und das Rechtsgutachten.
- Vernetzung mit Expert:innen, Technologieanbieter:innen und Nutzer:innen
- Kostenfreie Veranstaltungen und Schulungen
- Wissen: Publikationen zum CO2-Recycling und zur Bioökonomiebranche
Starterpaket CO2-Recycling
Der Leitfaden
Ob Alkohole oder organische Säuren: Mit Technologieprofilen und 15 Projekten zeigt unser Leitfaden CO2-Recycling, was aus CO2 entstehen kann.
Das Tool
Mit nur wenigen Eingaben verrät unser Tool CO2-Recyclingtool, welche Chancen in der biotechnologischen Umwandlung Ihres CO2 liegen.
Das Rechtsgutachten
Wer investiert, braucht Planbarkeit. Verschaffen Sie sich einen Überblick über den Rechtsrahmen für die CO2-Nutzung.
Sie haben eine CO2-Recycling Projektidee?
Sie wissen schon, was Sie mit recyceltem CO2 machen wollen, es fehlt nur der Partner zur technologischen Umsetzung oder zum Bau der Anlage?
Erfolgsgeschichte CO2 als Rohstoff: PET Herstellung
Wenn schädliche Klimagas-Emissionen zu Wertstoffen werden und als wertschöpfende Ressource erhalten bleiben, ist das eine Success Story.
Wie die Herstellung von PET für Verpackungsmaterialien mit CO2 als Teil der Rohstoffbasis:
- Abgase aus Stahlwerken werden in einem biotechnologischen Verfahren in Ethanol umgewandelt.
- Das Ethanol wird in mehreren Umwandlungsschritten zu PET weiterverarbeitet.
- Der chemische Anteil von CO2 am Endprodukt: 30 %.
„Jeder redet heute von Innovation. Echt innovativ ist, dem Treibhausgas CO2 eine neue Rolle zu geben und es als Rohstoff einzusetzen. Mit Hilfe von Biotechnologie entstehen daraus dann nachhaltigere Produkte und Märkte.“
M. Sc. Paulina Leiman, Technologie Scout CO₂-Recycling, Umwelttechnik BW
Lesenswertes zum CO2-Recycling
Leitfaden Biotechnologisches CO2-Recycling
Durch biotechnologisches CO2-Recycling können gefragte Produkte entstehen, was Unternehmen mit hohen Treibhausgas-Emissionen eine nachhaltige Zukunftsperspektive bietet.
Unser Leitfaden verschafft einen Überblick, welche Produkte und Märkte Sie mit der revolutionären Ressource CO2 erschließen können.
Rechtsgutachten Biotechnologische CO2-Nutzung
Wer die wirtschaftlichen Potenziale der biotechnologischen CO2-Nutzung ausschöpfen möchte, muss Investitionsentscheidungen treffen. Voraussetzung ist ein verlässlicher Rechtsrahmen.
Unser Rechtsgutachten bietet Ihnen
- ein Grundverständnis des Rechtsrahmens für CCUBIO in Deutschland
- Handlungsempfehlungen für politische Entscheidungsträger
- eine praxisnahe Checkliste für die Projektentwicklung.
Geschäftsmodell CO2-Umwandlung: Wie attraktiv ist es?
Lohnt sich die ökonomische Nutzung von CO2 aus Abgasen für Industriebranchen mit hohem CO2-Ausstoß?
Welche technologischen Möglichkeiten zur CO2-Bindung gibt es?
Antworten gibt die Machbarkeitsstudie zur Umsetzbarkeit von biotechnologischem CO2-Recycling. Erstellt vom Institut für Bioverfahrenstechnik (IBVT) der Universität Stuttgart, dem Fraunhofer Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik (IGB) und Umwelttechnik BW.
Artikel: Mikroben recyclen Kohlenstoffdioxid
Mikroben können CO2 in hochwertige Chemikalien umwandeln. Das ist interessant für Unternehmen mit prozessbedingt hohen Treibhausgas-Emissionen. Mehr dazu in unserem Fachartikel im VDI Magazin.
Sie möchten CO2 nutzen oder gefragte Produkte damit herstellen? Wir haben das passende Netzwerk.
CO2 mit Perspektive: Vom Klimaschädling zum Wertstoff
Biotechnologisches CO2-Recycling ist eine Lösung für Unternehmen auf dem Weg zur Klimaneutralität.
Schädliche Klimagas-Emissionen werden zu Wertstoffen und bleiben als wertschöpfende Ressource erhalten.
Weitere Unterstützung zum Thema CO2-Recycling
GreenTech BW Atlas
Bioökonomie Marktnavigator
CO2-Recycling: Was wir häufig gefragt werden
Grundlagen und Potenzial von CO2 als Rohstoff
Ja. Gasförmiger Kohlenstoff fällt in vielen industriellen Prozessen als unerwünschtes Nebenprodukt an. Zur Vermeidung von Emissionen in die Atmosphäre kann das entstehende CO2 abgetrennt und in geologischen Formationen gespeichert werden. Dieser Vorgang wird Carbon Capture and Storage (CCS) genannt.
Um einen Schritt weiter zu gehen, kann CO2 auch abgetrennt und recycelt werden. Dieser Vorgang wird dann Carbon Capture and Utilisation (CCU) genannt. Durch eine Umwandlung kann der Kohlenstoff zu verschiedensten nutzbaren Stoffen verarbeitet werden. Je nach Verfahren können unterschiedliche Stoffe produziert werden.
Dazu gehört Ethanol, das derzeit wichtigste kommerzielle Endprodukt, das als Lösungsmittel in Parfüms oder Verpackungen weiterverarbeitet werden kann.
Eine weitere Möglichkeit, ist die Herstellung proteinbasierter Biomasse durch Kohlendioxid und Methan. Mithilfe der Proteine könnte Futter- oder Lebensmittel ohne landwirtschaftliche Nutzfläche hergestellt werden.
Biobasiertes CO₂-Recycling ist nachhaltig, da es prozessbedingte Emissionen nutzt, langlebige Produkte wie Polymere und Baumaterialien schafft und Stoffkreisläufe schließt.
- Fokus auf langlebigen Produkten (Polymere, Baumaterialien)
- Ökobilanzierung als Begleitinstrument
- Ökodesign als Basis für eingesetzte Materialien
- Prozessbedingte Emissionen können genutzt werden
- Emissionen aus energetischen Prozessen werden vermieden
- Konsequenter Einsatz erneuerbarer Energie
- Stromeigenerzeugung wann immer möglich
Praktische Anwendungen
Es gibt mehrere Wege, um Kohlenstoffdioxid abzutrennen und in nützliche Stoffe umzuwandeln. Dabei unterscheiden wir zwischen
- physikalischen Verfahren
- (katalytisch-)chemischen Verfahren und
- biotechnologischen Verfahren.
Bei physikalischen Verfahren wird CO₂ verdichtet und unter erhöhtem Druck oder niedriger Temperatur aufgefangen.
Bei (katalytisch-)chemischen Verfahren wird das CO₂ in mineralische Produkte wie Calciumcarbonat oder einfache Kohlenstoffverbindungen wie Methanol oder Ethanol umgewandelt.
Bei biotechnologischen Verfahren wandeln biologische Katalysatoren wie Enzyme oder auch Mikroorganismen das CO₂ um. Ähnlich wie Pflanzen verfügen viele Mikroorganismen über die Fähigkeit, ihren Kohlenstoffbedarf vollständig aus CO₂ zu decken.
💡 Im Gegensatz zu chemischen Verfahren können mit biotechnologischen Verfahren nicht nur einfache Verbindungen hergestellt werden, sondern auch komplexe und wertvollere Spezialchemikalien wie Polymere, Pharmazeutika, Fette und Eiweiße.
Aus CO₂ umgewandelte Wertstoffe machen bis jetzt nur einen kleinen Marktanteil aus. Vor allem mit biotechnologischen Verfahren können profitable Stoffe für die Wirtschaft erzeugt werden. Für eine erfolgreiche unternehmerische Nutzung ist entscheidend, dass der Verkauf und die Verwendung der Produkte aus CO₂ gewinnbringend sind.
So wird das Verfahren nicht nur aus ökologischer Motivation eingesetzt. In Anbetracht der steigenden Kohlenstoffpreise werden die Geschäftsmöglichkeiten in Zukunft mit großer Wahrscheinlichkeit attraktiver werden.
Für Unternehmen, die für CO₂-Emissionen aus der Verbrennung fossiler Kraftstoffe seit dem 1. Januar 2021 Abgaben zahlen müssen, kann CO₂-Recycling eine interessante Perspektive sein.
Zukunftsvisionen und Herausforderungen
CO2 ist eine energiearme Verbindung. Für ihre Umwandlung muss Energie zugeführt werden. Die Prozesse sind allgemein mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Je nach Energiequelle variiert dieser.
Vor allem bei chemischen Verfahren gilt, dass je komplexer die Endprodukte sind, desto anfälliger sind sie für Nebenprodukte. Das bedeutet, dass für hochwertige Endprodukte aufwändigere Verfahren notwendig sind.
Zwar sind fossil-basierte Verfahren oft bereits weiterentwickelt und optimiert, was zu einem geringeren Energieverbrauch und effizienteren Prozessen führt. Dies ist natürlich ein Vorteil, aber es bleibt ein bedeutender Nachteil: die kontinuierliche Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und die damit verbundenen CO2-Emissionen, die den Klimawandel weiter vorantreiben.
Im Gegensatz dazu bietet das CO2-Recycling langfristig eine nachhaltigere Lösung. Auch wenn die aktuellen Verfahren zur Umwandlung von CO2 noch mit einem hohen Energieaufwand verbunden sind und weiter optimiert werden müssen, stellen sie dennoch einen wichtigen Schritt in Richtung einer klimaneutralen Zukunft dar.
Jede Emission, die gar nicht erst entsteht, hat immer noch die positivste Klimawirkung. Deswegen ist es wichtig, so viel CO2 wie möglich einzusparen.
CO2-Recyling macht industrielle Prozesse nicht direkt klimafreundlich. Die Energiekosten der Verfahren sind hoch, da der Ausgangsstoff CO2 sehr stabil ist und energieaufwändig aktiviert werden muss. Daher müssen sich Unternehmen genau überlegen, in welchen Prozessen sich CO2-Recycling überhaupt lohnt.
Wichtig ist auch, auf die Nutzung regenerativer Energiequellen zu achten, um einen nachhaltigen Prozess zu gewährleisten.
Durch CO2-Recycling können prozessbedingt unvermeidbare Emissionen reduziert werden. Durch deren direkte Nutzung wird verhindert, dass diese überhaupt in die Atmosphäre gelangen und so den Klimawandel weiter verstärken.
Besonders in Bezug auf das Ziel, bis 2045 die Klimaneutralität in Deutschland zu erreichen, bietet die CO2-Nutzung neue Chancen. Die ständige Weiterentwicklung der einsetzbaren Verfahren sorgt für einen sinkenden Energieeinsatz.
Biotechnologisches CO2-Recycling: Energieträger im Fokus
Die Wahl des Energieträgers für biotechnologisches CO2-Recycling hängt somit stark von den spezifischen Anforderungen des Prozesses sowie den gewünschten Endprodukten ab, wobei Effizienz, Kosten und Sicherheitsaspekte eine Rolle spielen.
Da es sich bei CO2 um eine energiearme Verbindung handelt, muss für eine Umwandlung Energie zugeführt werden. Bei biotechnologischen Verfahren wandeln ganze Mikroorganismen oder auch biologische Katalysatoren wie Enzyme das CO2 um.
Hierfür können je nach Organismus unterschiedliche Energieformen benötigt werden. Daher unterscheiden sich die Verfahren.
Wasserstoff: Mit diesem Energieträger sind die Verfahren äußerst energieeffizient und können einfache Kohlenstoffverbindungen wie Methan, Essigsäure oder Ethanol erzeugen.
Künstliche Beleuchtung: Diese Energiequelle geht mit höheren Strom- und Investitionskosten einher. Allerdings kann sich die Biomasseproduktivität durch künstliche Beleuchtung um den Faktor 8 bis 10 erhöhen.
Strom: Mit Strom als Energiequelle lassen sich auch Abgasgemische mit CO2 und O2 verwenden, die in Verbindung mit Wasserstoff explosionsgefährdet wären. Biologische Elektroden stellen zudem einen Katalysator dar, die in der konventionellen Elektrochemie nur mit teuren oder schwer verfügbaren Materialien zu erreichen sind.
In der modernen Biotechnologie stellt das Recycling von CO2 mit Wasserstoff als Energiequelle eine besonders energieeffiziente Lösung dar.
Dabei entstehen wertvolle Kohlenstoffverbindungen wie Methan, Essigsäure und vor allem Ethanol, das durch die mikrobielle Gasfermentation mit Clostridium-Bakterien kommerzielle Bedeutung erlangt hat.
Das gewonnene Methan kann auch als Rohstoff für verschiedene chemische Prozesse dienen. Darüber hinaus bilden die Mikroorganismen bei allen Fermentationen nicht nur einfach aufgebaute Kohlenstoffverbindungen, sondern auch Biomasse. Diese besteht zu einem großen Teil aus Proteinen, die zu Tierfutter weiterverarbeitet werden können.
Biotechnologisches CO2-Recycling mit Wasserstoff ist also nicht nur energieeffizient, sondern auch vielseitig einsetzbar. Wer hätte gedacht, dass Mikroben so nützlich sein können?
Eine wichtige Energiequelle für das biotechnologische CO2-Recycling ist Licht. In der Natur wird CO2 durch die Photosynthese mit Hilfe des Sonnenlichts gebunden und in Biomasse gewandelt. Dieser Prozess läuft auch in Mikroalgen ab.
Im Gegensatz zu höheren und komplexeren Pflanzen sind diese platzsparend und können mit moderner Prozesstechnik und mit einem geringen Wasser- und Energieverbrauch genutzt werden.
Die geschlossenen Systeme ermöglichen zudem eine gute Kontrolle der Kultivierungsbedingungen und die Nutzung eines gesamten Reaktors.
Durch eine gut entwickelte LED-Beleuchtungstechnik sind die Prozesse energetisch optimiert und können die Freilandkultivierung von Algen ablösen.
Der Vorteil: Damit ist eine witterungsunabhängige Ganzjahresproduktion möglich. Höhere Strom- und Investitionskosten dieser Energiequelle werden mit einer acht- bis zehnfach höheren Biomassenqualität ausgeglichen.
Ist Strom die Energiequelle, katalysieren Mikroorganismen die Fixierung von CO2 zu komplexen Verbindungen, indem sie mit einer Elektrode interagieren.
Dabei nehmen sie Elektronen direkt oder über Shuttlemoleküle von dieser Elektrode in ihren Stoffwechsel auf.
Als Endprodukte können verschiedenste Stoffe von Methan über Basischemikalien und Biopolymeren bis hin zu Proteinen erzeugt werden. Durch diese Art von Verfahren lassen sich Abgasgemische mit CO2 und Sauerstoff verwenden, die in Verbindung mit Wasserstoff explosionsgefährdet wären.
Außerdem stellen die biologischen Elektroden einen Katalysator für Prozesse dar, die in der konventionellen Elektrochemie nur unter Einsatz teurer Materialien zu erreichen und teilweise kritisch zu beschaffen sind.
Die Verfahren mit Strom als Energiequelle befinden sich allerdings noch in einem frühen Entwicklungsstadium.