icht ist eine der größten Industrien der Welt, konsumiert mehr als 10% der weltweit produzierten fossilen Brennstoffe und emittiert geschätzte 3,3 Gigatonnen Treibhausgasemissionen pro Jahr, mehr als Indiens jährliche Emissionen – dennoch ist der Chemiesektor in puncto Klima weitgehend untergetaucht.
Diese weitläufige Industrie produziert eine riesige Produktpalette, von denen viele andere Industrien unterstützen – Pestizide für die Landwirtschaft, Säuren für den Bergbau, Schmierstoffe für Maschinen, Inhaltsstoffe in Reinigungsmitteln, Kosmetika und Pharmazeutika sowie Kunststoffe.
Während die Industrie eine wichtige Rolle beim Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft spielt – Beschichtungen für Solarmodule, leichte Kunststoffe zur Reduzierung des Energieverbrauchs von Fahrzeugen und Dämmstoffe für Gebäude –, ist sie auch enorm kohlenstoffintensiv und wird voraussichtlich noch mehr werden. Ölfirmen habe auf Chemikalien gewettet als eine Möglichkeit, profitabel zu bleiben, während sich die Welt verpflichtet, sich von fossilen Brennstoffen abzuwenden. Die Internationale Energieagentur prognostizierte, dass Petrochemikalien für 60% des Ölbedarfs im nächsten Jahrzehnt.
Der Chemiesektor ist der größte industrielle Abnehmer von Öl und Gas, hat jedoch den drittgrößten CO2-Fußabdruck – nach Stahl und Zement –, da nur etwa die Hälfte der fossilen Brennstoffe, die die Industrie verbraucht, für ihre Energie verbrannt wird. Der Rest wird als Rohstoff für Produkte wie Kunststoffe verwendet, wobei die Emissionen erst dann freigesetzt werden, wenn diese Produkte das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, beispielsweise wenn Plastikmüll oder eine alte Matratze verbrannt wird.
Eine Senkung der Emissionen der Industrie ist möglich, aber technisch entmutigend. Darüber hinaus verfügt diese große, komplexe Branche, die weltweit Millionen von Arbeitsplätzen unterstützt, über erhebliche politische und wirtschaftliche Bedeutung. „Sie sind für viele Politiker zu einem unantastbaren Sektor geworden“, sagte Jan-Justus Andreas, Leiter der Industriepolitik bei der norwegischen gemeinnützigen Umweltorganisation Bellona Europa.
Doch die Chemieindustrie findet sich selbst wieder immer mehr auf den Prüfstand gestellt – sowohl von Nationen, die ehrgeizige Emissionsreduktionsziele erreichen müssen, als auch von Forschern, Wissenschaftlern und Aktivisten, die die Industrie auffordern, ihre umweltschädlichen Produkte zu reduzieren.
Weg von schmutziger Energie
Eine Möglichkeit, die Emissionen zu senken, besteht darin, sich auf Chemieanlagen zu konzentrieren – die Effizienz zu verbessern und auf kohlenstoffarme Energie umzusteigen.
Die meisten direkten Kohlendioxidemissionen der Branche stammen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, um chemische Umwandlungen anzutreiben, von denen viele bei hohen Temperaturen und Drücken stattfinden. Diese Emissionen könnten deutlich reduziert werden, wenn sich die Industrie von schmutzigeren Brennstoffen wie Kohle abwendet.
Wenn erneuerbare Wind- oder Sonnenenergie verfügbar ist, könnten bestimmte chemische Prozesse, die bereits durch Strom angetrieben werden, wie die Herstellung von Chlor, das zur Herstellung anderer Materialien wie PVC-Rohre oder Lösungsmittel wie Chloroform verwendet wird, sofort kohlenstoffarm werden. Und Chemiker suchen weiterhin nach Wegen, die traditionell wärmegetriebenen chemischen Umwandlungen stattdessen mit Strom zu betreiben – wie zum Beispiel den Prozess der Umwandlung Stickstoff zu Ammoniak, wird hauptsächlich für Dünger verwendet, der Temperaturen von . erfordert ca. 500C (932F).
Während Chemieunternehmen auf Effizienzsteigerungen zählen und in erneuerbare Energien investieren, um die Anforderungen zu erfüllen ihre Klimaziele, viele chemische Produkte selbst können nicht dekarbonisiert werden, weil sie aus Kohlenstoff bestehen, sagt Martin Scheringer, Umweltchemiker an der öffentlichen Forschungsuniversität ETH Zürich.
Es ist von entscheidender Bedeutung, fossile Brennstoffe aus den Rohstoffen zu entfernen, die zur Herstellung von kohlenstoffbasierten Chemikalien und Materialien verwendet werden, sagte Jonatan Kleimark von der gemeinnützigen ChemSec. Produkte aus fossilen Brennstoffen – wie Kleidung, Spielzeug und Farben – vergleicht Kleimark mit einer Kohlenstoffschuld, weil der darin enthaltene Kohlenstoff erst in Zukunft emittiert wird. „Je länger wir mit dem Wechsel warten, desto größere Schulden werden wir aufbauen, und es wird sehr schwer, etwas dagegen zu tun, wenn wir nicht anfangen“, sagte Kleimark.
Um diese Schulden nicht weiter zu erhöhen, könnten Chemikalien und Materialien mit bereits oberirdischen Kohlenstoffquellen wie Pflanzen hergestellt werden. Biokunststoffe – hergestellt aus pflanzlichen Materialien wie Zucker, Mais oder Seetang – boomen beispielsweise, weil Unternehmen und Wissenschaftler versuchen, fossile Brennstoffe aus der Kunststoffproduktion zu entfernen.
Eine andere Idee ist, aus Abfallprodukten Rohstoffe für die chemische Industrie zu machen. Chemiker verwenden landwirtschaftliche Abfälle oder Kunststoffabfälle – sogar das endgültige Abfallmaterial Kohlendioxid – als Rohstoffe. Ein Berliner Startup namens Made of Air versucht, Kunststoffe aus Holzabfällen herzustellen, während ein isländisches Unternehmen, Carbon Recycling International, gefangen genommen wird Kohlendioxid Emissionen in Methanol, das in Kraftstoffen und zur Herstellung anderer Chemikalien wie Formaldehyd verwendet wird.
‘Warum beschäftigst du dich nicht zuerst mit jemand anderem?’
Doch all diese Ideen – insbesondere die der Rohstoffverlagerung – sind sehr schwer umsetzbar.
Technologien, um Agrar- oder Kunststoffabfälle in neue Chemikalien umzuwandeln, sind im großen Maßstab noch nicht erprobt und die Verwendung von Kohlendioxid als Rohstoff erfordert enorme Mengen an kohlenstofffreier Energie.
Hersteller, die Produkte aus Pflanzen statt aus fossilen Brennstoffen herstellen, müssen sicherstellen, dass sie keine neuen Probleme durch Abholzung, Zerstörung von Lebensräumen für Wildtiere, steigende Lebensmittelpreise oder erhöhten Einsatz von Wasser oder Pestiziden schaffen. Auch die Biomasseressourcen sind tendenziell stärker verteilt, während Chemiefabriken traditionell in der Nähe von leicht zugänglichen fossilen Brennstoffressourcen bleiben.
„Bei erneuerbaren Rohstoffen müssen Sie neue Lieferketten wiederherstellen“, sagt Zhanyun Wang, leitender Wissenschaftler an der ETH Zürich. Die neuen Lieferketten müssten nicht nur einen stetigen Strom nachwachsender Rohstoffe an Chemiefabriken liefern, sondern auch mit etablierten wettbewerbsfähig sein, die Produkte aus fossilen Brennstoffen zu niedrigen Preisen herstellen, sagte Wang.
Allein der Bedarf an sauberer Strominfrastruktur ist enorm. Die Elektrifizierung des europäischen Chemiesektors würde erfordern 4.900 Terawatt erneuerbaren Stroms nach einer Schätzung des European Chemical Industry Council, fast doppelt die Gesamtmenge an Strom, die Europa im Jahr 2019 erzeugt hat.
„Wenn Sie ein Lobbyist für die Chemiebranche sind, hilft Ihnen das Zeigen dieser Zahlen, den Kopf wieder zu senken und zu sagen: ‚Schauen Sie, erstens bin ich zu wichtig und wertvoll, und zweitens ist es wirklich, wirklich schwierig, mit mir umzugehen. Warum also nicht zuerst mit jemand anderem verhandeln’“, sagte Andreas.
Derzeit beziehe sich jemand anderes auf die Zement- und Stahlindustrie, sagte Andreas. Der interne Wettbewerb zwischen den drei Branchen um Überprüfungen sei nicht hilfreich, sagte er, da sie von der gemeinsamen Entwicklung einer Industriestrategie profitieren könnten.
Die Abgase von Stahl- und Zementwerken könnten als wertvolle Rohstoffe für Chemieanlagen dienen. Alle drei Branchen benötigen groß angelegte erneuerbare Elektrizitäts- oder CO2-Abscheidungsanlagen, die erhebliche Investitionen erfordern. Die mit dem Bau dieser neuen Anlagen verbundenen finanziellen Risiken könnten gemindert werden, sagte Andreas, wenn die neuen Anlagen mehrere Betriebe anstelle eines einzelnen Stahlwerks oder Düngemittelwerks bedienen würden.
Regierungen könnten auch beim Aufbau der erforderlichen Infrastruktur helfen oder Unternehmen dabei helfen, Zugang zu erneuerbaren Rohstoffen zu erhalten, sagte Rebecca Dell, die das Branchenprogramm der in San Francisco ansässigen ClimateWorks Foundation leitet.
Aber mit weniger als 30 Jahren bis 2050 ist die Zeit knapp. Wenn es keine Verzögerungen gibt, dauert es in der Regel etwa sieben Jahre, bis Unternehmen einen neuen Prozess zum Laufen bringen, sagte Dell. „Wir müssen viel schneller vorankommen“
Produkte vereinfachen
Ein wichtiger, aber vernachlässigter Hebel zur Reduzierung der Emissionen aus dem Chemiesektor besteht darin, einfach weniger Chemikalien zu verwenden und zu produzieren. „Das würde ganz unmittelbar zu einer Reduzierung des CO2-Ausstoßes führen und auch die Vergiftung von Mensch und Umwelt reduzieren“, so Scheringer.
Der übermäßige Gebrauch von Materialien wie Kunststoffen, Düngemitteln und anderen synthetischen Chemikalien hat verheerende Auswirkungen auf Ökosysteme und die menschliche Gesundheit. Plastikmüll erstickt Wasserwege und Wildtiere, düngerhaltiger Abfluss von Feldern kann Algenblüten verursachen und tote Zonen in Küstengebieten schaffen.
Diese Auswirkungen haben politische Entscheidungsträger und Verbraucher dazu veranlasst, Einschnitte vorzunehmen – zum Beispiel haben viele Städte und Länder inzwischen Verbote für einige Einwegkunststoffe. „Es ist ein Versuch, Plastik selbst als Schadstoff in der Landschaft zu reduzieren, mehr als Bedenken hinsichtlich der Treibhausgase, aber wir können gleichzeitig an mehr als einer Front Fortschritte erzielen“, sagte Dell.
Studien haben auch herausgefunden, dass eine genauere Düngung den Landwirten Geld sparen und Treibhausgase aus der Atmosphäre fernhalten könnte.
Es ist weniger einfach, einige der Chemikalien zu reduzieren, die zur Herstellung von Konsumgütern verwendet werden, aber Scheringer, Wang und andere haben einen Weg vorgeschlagen, um anzufangen. Alarmiert durch die Gefahren einiger krebserregender PFAS, auch bekannt als „Forever Chemicals“, haben Forscher vorgeschlagen, PFAS aus ihren „nice-to-have“-Anwendungen zu eliminieren – wie Antihaft-Kochgeschirr, langanhaltende Wimperntusche, oder wasserabweisend Surfershorts, die nicht die hohe Leistung benötigen, die „für immer Chemikalien“ verleiht.
Die Forscher empfehlen, „Forever Chemicals“ nur in wirklich wichtigen Produkten wie Schutzkleidung oder lebensrettenden Medizinprodukten einzusetzen. Die gleiche Philosophie könnte angewendet werden, um andere Chemikalien zu identifizieren und zu eliminieren, die unnötig in Produkten formuliert wurden, wie z. B. die Zugabe von antimikrobiellen Mitteln zu Seifen, die bereits Keime abtöten können.
Die Vereinfachung der chemischen Inhaltsstoffe in Produkten hat einen zusätzlichen Vorteil: Sie lassen sich leichter zerlegen oder recyceln, wenn sie nicht mehr nützlich sind. Wang verweist auf das Beispiel von Ruß, der Chemikalie, die als Pigment in Lebensmittelverpackungen verwendet wird. Das Pigment hat keine andere technische Funktion als die Bereitstellung von Farbe und wird verwendet, weil Lebensmittel vor einem schwarzen Hintergrund ansprechender aussehen, sagte Wang. Das Pigment bedeutet aber auch, dass die Take-Out-Boxen für Geräte, die Kunststoffe in Sortieranlagen mit Licht sortieren, unsichtbar sind, sodass sie nicht recycelt werden können.
Der Chemiesektor produziert mehr, als die Verbraucher brauchen, sagte Wang: „Das Geschäftsmodell hängt davon ab, wie viele Chemikalien Sie verkaufen, es wird nicht unbedingt durch den gesellschaftlichen Mehrwert der Chemikalie angetrieben.“
Aber auch die „enorme Nachfrage“ nach Produkten sei ein großer Treiber – und vielleicht schwieriger zu adressieren, so Kleimark. „Wir stehen vor einer ganz, ganz großen Herausforderung, denn da können wir uns nicht auf Technologien verlassen, sondern darauf, wie wir heute Dinge verändern.“