Wie lässt sich die industrielle Produktion rasch auf Treibhausgasneutralität umstellen?

Deutschland soll bis 2045 treibhausgasneutral werden – doch allein 2021 emittierte die deutsche Industrie etwa 181 Millionen Tonnen CO₂-Äquivalente. Auf sie entfällt damit gut ein Viertel beziehungsweise 24 Prozent der nationalen Treibhausgasemissionen. Etwa zwei Drittel der industriellen Emissionen stammen aus der energieintensiven Industrie, wovon wiederum die Hälfte von der Stahl- und Zementindustrie verursacht wird.

Aufgrund ihrer prozessbedingten Emissionen sowie hoher Prozesstemperaturen gestaltet sich die Dekarbonisierung hier besonders herausfordernd. Für ihr Gelingen sind innovative technologische Konzepte und langfristig angelegte politische Rahmenbedingungen essentiell, um der Industrie Planungssicherheit für notwendige Investitionen zu geben.

Genau hier setzte das Projekt »DekarbInd« an: Darin entwickelten Forschende des Fraunhofer ISI und des Wuppertal Instituts unter anderem Eckpunkte für Roadmaps zur Dekarbonisierung der Stahl- und Zementindustrie. In mehreren Workshops tauschten sich Stakeholder:innen aus Wirtschaft, Industrie, Verbänden, gesellschaftlichen Interessengruppen, Politik, Behörden und Wissenschaft über zwei Jahre hinweg partizipativ aus. Ausgangspunkte beider Roadmaps waren die Erarbeitung gemeinsamer Visionen, möglicher Transformationspfade, Identifikation von Treibern und Hemmnissen sowie die Ausarbeitung konkreter Maßnahmen und Handlungsfelder.

Vision für 2050: Derkarbonisierung bis spätestens 2050

Der für die Stahlindustrie erarbeiteten Roadmap liegt die Vision einer Dekarbonisierung bis 2050 zugrunde – und dass der Industriezweig sowohl global wettbewerbsfähig bleibt als auch weiterhin ein hohes gesellschaftliches Ansehen genießt. Bei der Transformation erscheint vor allem der Bau neuer, mit grünem Wasserstoff betriebener Direktreduktionsanlagen als vielversprechend, wenngleich diese teuer sind. Außerdem sollen der Schrotteinsatz in der Stahlproduktion erhöht sowie die Dekarbonisierung der Elektrostahlproduktion vorangetrieben werden.

Haupthindernisse für den Wandel sind derzeit ein noch offener regulatorischer Rahmen und das Fehlen einer handelsüblichen Definition für »grünen Stahl«. Maßnahmen sollten hier direkt ansetzen: Zum Beispiel sollte das »Fit für 55«-Paket, welches verbindliche Rechtsvorschriften zum EU-Ziel der Reduzierung der Netto-Treibhausgasemissionen bis 2030 um mindestens 55 Prozent schafft, stellenweise konkretisiert werden. Auch könnten einheitliche Standards für die Bilanzierung der CO₂-Intensität von Stahlprodukten helfen, auch um die Entstehung von Leitmärkten für grünen Stahl zu begünstigen.

Knappe Ressourcen wie etwa von Wasserstoff sind ein weiteres Hemmnis, dem mittels einer zusätzlichen Versorgung über internationale Märkte begegnet werden sollte. Um dem Mangel an hochwertigem Schrott entgegenzuwirken, der vor allem auf fehlende Recycling-Geschäftsmodelle und eine schlechte Recycelbarkeit von Endprodukten zurückzuführen ist, könnten eine bessere Produktregulierung sowie eine verbesserte FuE-Förderung Abhilfe schaffen.

Bezüglich der Zementindustrie benennt die Roadmap ebenfalls die Vision einer Dekarbonisierung bis spätestens 2050, die mittels einer deutlichen Reduzierung der brennstoffbedingten CO₂-Emissionen erreicht werden soll. Die Bereitstellung von Energie soll mittel- bis langfristig vollständig durch CO₂-neutralen Strom, Wasserstoff oder Biomasse erfolgen. Diese Energieträger sind jedoch schon heute knapp und werden dies auch in Zukunft bleiben, was ein Haupthemmnis darstellt. Für die Zementindustrie sind sie daher noch nicht wirtschaftlich einsetzbar und gehen mit entsprechend hohen Kosten einher.

Die Verwendung neuer Zemente und Betonbautechniken könnten die Dekarbonisierung ebenfalls vorantreiben und sollte weiter erforscht werden, damit sie künftig in ausreichenden Mengen verfügbar sind. Für verbleibende, nicht anderweitig vermeidbare CO₂-Mengen ist der Aufbau von CO₂-Abscheideanlagen an Klinkeröfen erforderlich, die spätestens ab ca. 2030 sukzessive im industriellen Maßstab aufgebaut werden sollten.

Weitere Treiber wie zum Beispiel die Digitalisierung und der Einsatz von KI könnten Herstellungsprozesse insgesamt effizienter machen. Als wichtigste Handlungsfelder werden mittel- und langfristig eine kontinuierliche Weiterentwicklung von gesetzlichen Regelwerken und Rahmenbedingungen gesehen.

Ganzheitliches Bewertungsschema für Technologien

Neben den auf die Zukunft ausgerichteten Roadmaps wurde im Projekt »DekarbInd« auch ein stärker auf die gegenwärtige Anwendung von klimaneutralen Technologien abzielendes ganzheitliches Bewertungsschema entwickelt. Dr. Ali Aydemir, der am Fraunhofer ISI das Projekt »DekarbInd« leitete, erklärt dazu: »Neben rein techno-ökonomischen Kriterien spielen ökologische, soziale und systemische Aspekte bei industriellen Technologien eine zunehmend wichtigere Rolle. Unser im Projekt entwickeltes Entscheidungsinstrument auf Excel-Basis ist weniger ein Bewertungsschema im klassischen Sinne, sondern soll vielmehr helfen, langfristige Entwicklungen zu berücksichtigen und mögliche Einschränkungen und Konflikte frühzeitig zu erkennen.«

Die Anwendung funktioniert dabei in drei Schritten: Zunächst werden einzelne Technologien oder technische Maßnahmen erfasst, die dann in einem zweiten Schritt untereinander verglichen werden – zum Beispiel »CO₂-arme Technologien zur Dampferzeugung«. Im dritten und letzten Schritt erfolgt die Einordnung, Visualisierung und Interpretation der Ergebnisse, um positive und problematische Aspekte einer betrachteten Technologie zu identifizieren.

Die vergleichende Bewertung der Technologien erfolgt anhand von Kriterien wie ihres Einsatzhorizonts und der technischen Verfügbarkeit oder ihrer Effizienz. Das dabei entstehende Wissen richtet sich explizit an Expert:innen, welche die Ergebnisse abschließend bewerten.

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