Seit zehn Jahren zeigt das Verbundprojekt Carbon2Chem, dass sich Kohlenstoffmonoxid und Kohlendioxid aus Industrieabgasen als Rohstoff für die chemische Industrie nutzen lassen. Getragen von Forschung und Industrie, verfolgt das Vorhaben das Ziel, fossilen Kohlenstoff durch Kohlenstoff aus industriellen Punktquellen wie Stahl-, Kalk- oder thermischen Abfallbehandlungsanlagen zu ersetzen und damit einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.
Zum zehnjährigen Bestehen zeigt sich, dass die entwickelten Technologiebausteine stabil zusammenarbeiten und aus realen Stahlwerksgasen am Standort Duisburg bereits nachhaltiges Methanol in industrieller Qualität entsteht. Diese Ergebnisse und der Ausblick auf die weitere Arbeit stehen auch im Zentrum der 9. Konferenz zur nachhaltigen chemischen Konversion in der Industrie am 13. Oktober 2026 in Düsseldorf.
Wie Carbon2Chem Hüttengase für die chemische Synthese nutzbar macht
Am 26. Juni 2016 nahm das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderte Verbundprojekt seine Arbeit auf. Die Gesamtkoordination teilen sich Fraunhofer UMSICHT, das Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion und thyssenkrupp, die stellvertretend für angewandte Forschung, Grundlagenforschung und Industrie stehen. Die 14 Partner aus Industrie und Wissenschaft verfolgten von Beginn an die Mission, Kohlenstoffmonoxid und Kohlendioxid aus den Abgasen der Stahlproduktion, den sogenannten Hüttengasen, zur Herstellung chemischer Grundstoffe zu nutzen. Dabei verbindet das Projekt in einem systemischen Ansatz Gasreinigung, Elektrolyse, Wasserstoffbereitstellung, Synthesen sowie Systemintegration und Ökobilanzierung und bildet so den gesamten Weg vom Abgas bis zum praxistauglichen Produkt ab.
Zentraler Baustein ist die Gasreinigung und -konditionierung, weil die Prozessgase der Punktquellen schwankende Zusammensetzungen und Verunreinigungen aufweisen und die eingesetzten Katalysatoren nur durch eine passende Vorbehandlung geschützt werden können. Bereits in den ersten beiden überwiegend forschungs- und pilotgetriebenen Phasen (2016 bis 2020, 2020 bis 2024) zeigten die Partner, dass die Technologiebausteine stabil, flexibel und kombinierbar betrieben werden können. „Ein zentraler Meilenstein sind die Entwicklung und der Betrieb von Gasreinigungs- und Konditionierungskonzepten, die stark schwankende Zusammensetzungen realer Hüttengase (z. B. mit Blick auf Verunreinigungen) zuverlässig beherrschen“, erklärt Prof. Robert Schlögl (Gesamtkoordination/Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion). „Parallel dazu haben wir elektrochemische und katalytische Prozesse so ausgelegt, dass sie auch im dynamischen Betrieb, etwa bei fluktuierendem Angebot erneuerbarer Energie, stabil funktionieren.“
Nachhaltiges Methanol aus dem Stahlwerk erreicht industrielle Qualität
Eine besondere Rolle kommt der Methanolsynthese zu, denn Methanol dient als Plattformchemikalie, aus der sich zahlreiche weitere Produkte wie Kunst- und Treibstoffe herstellen lassen. Nach erfolgreichen Labor- und Pilotversuchen wurde die Produktion schrittweise skaliert. „Seit 2023 wird nachhaltiges Methanol kontinuierlich in einer Demonstrationsanlage am Stahlwerksstandort Duisburg mit realen Prozessgasen produziert. Konkret haben wir bislang schon mehr als 9 t Methanol aus den Stahlwerksgasen hergestellt“, so Prof. Görge Deerberg (Gesamtkoordination/Fraunhofer UMSICHT).
Qualität und Reinheit des erzeugten Methanols entsprechen industriellen Spezifikationen, und zwischen den Prozessen mit synthetischen Gasen und realen Stahlwerksgasen ließen sich keine Unterschiede feststellen. Da die untersuchten Bausteine wie geplant zusammenarbeiten, ist der Schritt von der Forschung hin zur industriellen Anwendung gelungen. Zehn Jahre nach Projektbeginn wird das Methanol erstmals über das Projekt hinaus genutzt und dient in weiteren Vorhaben als Ausgangsstoff für chemische Produkte, darunter Vorprodukte für Kunststoffe, womit sich eine industrielle Wertschöpfungskette vom Abgas bis zum marktfähigen Produkt schließt.
Übertragbar auf Zement-, Kalk- und Abfallwirtschaft
Über den Standort Duisburg hinaus konnte im Projekt nachgewiesen werden, dass sich die entwickelten Konzepte auf weitere Industrien mit prozessbedingt unvermeidbaren CO₂-Emissionen übertragen lassen. „Gleichzeitig konnten wir im Projekt nachweisen, dass sich die entwickelten Konzepte des Carbon Capture and Utilization (CCU) auf weitere Industrien übertragen lassen, in denen die CO₂-Entstehung prozessbedingt unvermeidbar ist. Dies sind die Zement-, Kalk- oder Abfallwirtschaft“, nennt Dr. Markus Oles (Gesamtkoordination/thyssenkrupp Carbon2Chem®) einen weiteren Erfolg.
Der Ansatz beruht auf modular kombinierbaren Bausteinen, die sich je nach Industrie anpassen lassen. „Carbon2Chem® versteht sich als modulare Technologieplattform für eine industrielle Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft, bei der einzelne Bausteine je nach Industrie angepasst kombiniert werden können“, so Oles. Damit rückt das langfristige Ziel näher, fossilen Kohlenstoff vollständig durch Kohlenstoff aus industriellen Punktquellen zu ersetzen.
Gemeinsame Infrastruktur trägt den Weg in die industrielle Umsetzung
Grundlage der Ergebnisse ist die tägliche Zusammenarbeit von Industrie, Grundlagenforschung und angewandter Forschung, für die eigene Infrastrukturen aufgebaut wurden. Im Carbon2Chem-Labor auf dem Campus von Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen stehen 500 m² Fläche zur Verfügung, das Technikum am Stahlwerksstandort Duisburg umfasst 3.700 m². Ein gemeinsam genutzter Dataspace und Fach-Communities zu Themen wie Simulation, Process Design, Life Cycle Assessment und Cost Estimation sorgen für den projektinternen Austausch der Ergebnisse.
In der laufenden dritten und abschließenden Phase (2025 bis 2028) stehen die weitere Skalierung, die wirtschaftliche Bewertung, neue Anwendungsfelder wie nachhaltige Flugkraftstoffe sowie der Wissenstransfer in die industrielle Umsetzung im Vordergrund. Getragen wird die Arbeit von einer Förderung von rund 200 Millionen Euro und über 30 Partnern, die bislang beteiligt waren. Bis heute wurden mehr als 4,6 Mio. Nm³ Stahlwerksgase gereinigt und über 1.000 t Wasserstoff mittels Wasserelektrolyse erzeugt, während die Demonstrationsanlage über 4.000 Stunden mit Realgas lief und bis zu 75 l Rohmethanol pro Tag produzierte.
Neunte Carbon2Chem Konferenz bündelt Forschung und Industrie
Die 9. Konferenz zur nachhaltigen chemischen Konversion in der Industrie findet am 13. Oktober 2026 in Düsseldorf statt und wird hybrid, sowohl vor Ort als auch online, durchgeführt. Im Mittelpunkt stehen aktuelle Forschungsergebnisse, die Weiterentwicklung chemischer Konversionsprozesse sowie Impulse aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft. Die Teilnehmer erhalten Einblicke in die laufende dritte Projektphase und tauschen sich über Entwicklungen rund um Carbon Capture and Utilization aus. Das Programm gliedert sich in Sessions zum Stand der Technologien und zu Markttrends, zu Praxisbeispielen aus Industrie und Anlagenbau, zu konkreten CCU-Projekten sowie zu Infrastruktur und Innovation, ergänzt um internationale Beiträge.
Die Gesamtkoordination der Konferenz liegt bei Prof. Robert Schlögl, Prof. Görge Deerberg und Dr. Markus Oles. Die Teilnahme ist kostenfrei, die Anmeldung erfolgt über ein Online-Formular, und das vorläufige Programm steht zum Download bereit. Für Carbon2Chem bildet die Veranstaltung den Rahmen, um die Ergebnisse aus zehn Jahren Projektarbeit vorzustellen und den Weg in die breite industrielle Anwendung zu diskutieren.
