Spinnturm nennen die Forscher diesen fensterlosen Trakt ihres Instituts für Textiltechnik in Aachen. Hier oben, im dritten Stock eines Neubaus der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) schmilzt Kunststoff im heißen Gehäuse der großen Spinnmaschine. Eine Pumpe presst die Masse durch eine Schablone mit Düsen, die so fein sind, dass man die Löcher auf den ersten Blick kaum sieht. Darunter zieht der Kunststoff hauchdünne Fäden, die unten im Erdgeschoss mit einer Saugpistole eingefangen und aufgewickelt werden.
Der Spinnturm ist der Schauplatz einer Neuheit, die der Kunststoffkonzern Covestro Anfang Juli vorstellen will. Das Besondere an der elastischen Textilfaser der Forscher: In dem Kunststoff steckt eine kleine Brise CO₂. Das für den Klimawandel mitverantwortliche Treibhausgas ist in der Faser zu einem kleinen Anteil chemisch fest gebunden.
Was nach einer sprichwörtlichen Spinnerei klingen mag, ist für Thomas Gries ein Durchbruch. Der 55-jährige Wirtschaftsingenieur hat früher selbst für einen Anlagenbauer gearbeitet, der Textilhersteller belieferte. Heute leitet er als Professor das Aachener Institut, in dem an Textilien der Zukunft geforscht wird. Mit der neuen CO₂-Faser experimentieren auch Socken- und Sportartikelfirmen. Erste Tests seien vielversprechend, sagt Gries.
Elastische Fasern mit CO₂ verhelfen Socken zum perfekten Sitz
Für viele Industrieunternehmen ist CO₂ derzeit noch ein reines Abfallprodukt. Kohlemeiler und Stahlwerke, Chemie- und Zementfabriken pusten jährlich Millionen Tonnen in die Atmosphäre. Nicht erst seit den Demonstrationen von Fridays for Future müssen sie sich fragen, welche Verantwortung sie für die Erderwärmung mit all ihren Folgen tragen. Doch CO₂ kann auch ein Rohstoff sein, etwa für Kunststoffhersteller. Was sie aus dem Klimakiller gewinnen, zeigt ein Ausflug ins Rheinland, zu Traditionsunternehmen die einst mit der Kohle groß geworden sind.
Im Aachener Institut liegen die ersten Produkte aus, in denen Markenhersteller die CO₂-basierte Faser testweise verarbeitet haben: zwei Paar bunte Socken etwa, die sich anfühlen wie ganz gewöhnliche Strümpfe. Auch für elastische Bänder, die etwa im Hosenbund oder in BH-Trägern stecken, sei das neue Material geeignet, sagt Gries. "Die elastischen CO₂-basierten Textilfasern bestehen weder aus Baumwolle, deren Anbau viel Wasser benötigt, noch aus dem knappen Rohstoff Wolle."
Dem Wissenschaftler schweben viele neue Anwendungen vor. Gut 80 Prozent aller Kleidungsstücke bestehen zumindest teilweise aus elastischen Materialien. Fasern wie Elastan sind dehnbar, aber reißfest. Nicht nur Socken und Stützstrümpfe bestehen zu ein paar Prozent aus elastischen Fasern für den perfekten Sitz. "Die Textilbranche insgesamt ist die drittgrößte Industrie der Welt und die zweitgrößte Konsumbranche Deutschlands", sagt Gries. "Das zeigt, wie groß das Potenzial CO₂-basierter Textilfasern ist."
Forscher wollen Treibhausgase in Kraftstoffe umwandeln
Der Leverkusener Konzern Covestro liefert den Rohstoff dafür: ein Granulat, das zum Teil aus CO₂ besteht. Wie Tausende kleine Hagelkörner lagert es in blauen Blechzylindern, oben im Spinnturm. Die Forscher trocknen den Kunststoff in einer großen Trommel, damit sich später ja keine Dampfblasen in der Faser wölben. Was Gries und seine Mitarbeiter heute im Spinnturm erproben, soll schon bald in großen Fabriken funktionieren. Covestro und die RWTH bereiten gerade ein Folgeprojekt mit Spinnmaschinenbauern, Sportartikel- und Textilherstellern vor, das die CO₂-Textilien binnen drei Jahren in die Verkaufsregale bringen soll. Da Rohstoffkosten ohnehin nur einen Bruchteil des Preises einer Markensocke oder eines Sportschuhs ausmachen, soll die Innovation nicht an den Kosten scheitern. Gries jedenfalls ist zuversichtlich: "Viele Industriepartner öffnen sich derzeit für einen Wechsel hin zur Bioökonomie." Also weg von endlichen Rohstoffen wie Erdöl, hin zu erneuerbaren Quellen.
Wissenschaftler der RWTH Aachen spinnen eine Faser, die zum Teil aus CO₂ besteht.
(Foto: oh)Das Einfangen und Nutzen von CO₂, sogenanntes Carbon Capture and Usage (CCU), ist ein Beispiel dafür. Auch Siemens und der Chemiekonzern Evonik etwa wollen Spezialchemikalien aus CO₂ herstellen und dazu bis 2021 eine Versuchsanlage im Ruhrgebiet aufbauen. Deutschlands größter Einzelemittent von CO₂, der Kohlekonzern RWE, hat erst kürzlich eine Projektanlage skizziert, um Treibstoffe aus CO₂ und Wasserstoff zu produzieren.
Auf der anderen Seite der Wertschöpfungskette können dann etwa die Hersteller von Dünger, Matratzen, Möbeln und Textilien Waren anbieten, in denen ein Hauch CO₂ fest gebunden und der Atmosphäre entzogen ist. Derlei Symbiosen entstehen gerade in Deutschland, vor allem dort, wo noch viel Industrie vorhanden und die Wege zwischen Fabriken, Kraftwerken und Laboren kurz sind.
"Ich bin verblüfft, für wie viele Anwendungen Cardyon geeignet ist"
Bei Covestro tüftelt Christoph Gürtler seit 2007 daran, was sich mit dem Klimakiller anstellen lässt. Der groß gewachsene Doktor der organischen Chemie hat in seinem Leben schon mehr als 120 Patente entwickelt. Damals war der heute eigenständige Dax-Konzern noch die Kunststoffsparte von Bayer, und die Verwendung von CO₂ galt allenfalls als Spielerei in Leverkusen. Dennoch entstanden eine Projektgruppe und ein erster Laborreaktor.
Gürtler sieht, dass die Energiewirtschaft an der Dekarbonisierung, also dem Ausstieg aus Kohle, Erdöl und Gas, arbeitet. Aber er sagt auch: "Wir brauchen Kohlenstoff als Rohstoff." In Dormagen bei Köln gewinnt Covestro seit 2016 einen kleinen Teil des Kohlenstoffs aus CO₂-Emissionen einer Nachbarfabrik. Dort entsteht ein Kunststoff namens Cardyon, durchsichtig, ähnlich dickflüssig wie Honig, der bis zu 20 Prozent aus CO₂ besteht. "Ich bin verblüfft, für wie viele Anwendungen Cardyon geeignet ist", sagt Gürtler: von Textilien über Schaumstoffe bis zu Bindemitteln.
In Dormagen lebt man seit 100 Jahren die industrielle Symbiose. Einst als Bayer-Werk entstanden, ist der "Chempark" am Rhein heute so groß wie 500 Fußballfelder. Schiffe transportieren Rohstoffe hierher, die in Pipelines über den Köpfen der Menschen in die Fabriken fließen, und nehmen fertige Chemikalien mit. Da Bayer in der Vergangenheit immer wieder Konzernteile abgespalten hat, sitzen mittlerweile 60 verschiedene Betriebe hier. Doch die Logik des Verbunds bleibt: Die Nebenprodukte der einen Fabrik sind die Rohstoffe der anderen. Lauter bunte Röhren verbinden die Werke auf halber Höhe.
Mit Cardyon ist nun auch CO₂ Teil des Verbunds: Covestro nutzt das Gas, das in einer Ammoniakanlage in der Nähe entsteht. Das CO₂ strömt unter Druck in einen Kessel, der einige Meter tief ins Untergeschoss ragt. 50 riesige Schrauben halten den dickwandigen Reaktor zusammen. Es ist heiß, die Abwärme zahlloser Anlagen heizt die Luft auf.
5000 Tonnen Cardyon kann Covestro jährlich herstellen. Das mag nach viel klingen, sind aber nur ein paar Prozent all der Kunststoffvorprodukte, die Covestro produziert. "Es ist nicht unser Anspruch, mit Cardyon das Klima zu retten", sagt Gürtler. "Doch wir können CO₂ hier nutzen, um fossile Rohstoffe einzusparen." Die Anlage sei ein Anfang, sie solle größer werden. "Aber es dauert Jahre, bis die Chemie in den Prozessen stimmt und bis sich CO₂-basierte Produkte am Markt etablieren."
Zu viel CO₂ in den Fasern macht die Matratze zu hart
Etwa 15 Millionen Euro hat die Anlage in Dormagen gekostet, eine größere könnte im nächsten Jahrzehnt folgen. "Wir als Unternehmen würden nicht in die Cardyon-Produktion investieren", sagt Gürtler, "wenn die Produkte nicht qualitativ vergleichbar oder besser als herkömmliche und genauso wirtschaftlich wären." Das setzt der CO₂-Nutzung allerdings Grenzen: Bestünde Cardyon zu mehr als 20 Prozent aus dem Treibhausgas, droht etwa der Schaumstoff im Endprodukt Matratze zu hart zu werden.
Zu den Anwendern gehört etwa der belgische Schaumstoffkonzern Recticel, hierzulande bekannt für die Marke Schlaraffia. Er stellt Matratzen mit Cardyon her. Deren Käufer schlafen freilich nicht auf einem Haufen Treibhausgas; das CO₂ ist vielmehr fest in der Chemikalie gebunden. Zudem hat Covestro ein CO₂-basiertes Bindemittel entwickelt, das im Unterbelag mehrerer Sportplätze steckt.
Den Rohstoff produziert der Kunststoffkonzern Covestro in Dormagen aus Abgasen einer benachbarten Fabrik.
(Foto: oh)Dass Industriekonzerne Treibhausgase vermeiden oder verwenden wollen, hat mehrere Ursachen. Da sind zum einen Vorgaben der Politik: Bis 2030 will Deutschland jährlich 55 Prozent weniger CO₂ emittieren als noch 1990. Dieses Ziel verfolgt der Bund, damit er sein Versprechen gegenüber der Pariser Klimakonferenz einhalten kann. Langfristig soll die ganze EU praktisch klimaneutral wirtschaften. Zwar plant die Politik gerade den Ausstieg aus der klimaschädlichen Kohleverstromung. Doch steht auch die Industrie für gut ein Fünftel der CO₂-Emissionen hierzulande. Langfristig muss sie also entweder fossile Rohstoffe aus der Produktion verbannen oder anderswo Wälder aufforsten, um Emissionen auszugleichen. CO₂ unterirdisch zu speichern, gilt als sehr aufwendig.
Die Industrie darf immer weniger CO₂ ausstoßen
Oder aber die Industrie fängt ihr CO₂ ein und spart damit eines Tages Geld: Denn seit 2005 müssen Großindustrie und Kraftwerksbetreiber in der EU Zertifikate kaufen, damit sie CO₂ ausstoßen dürfen. Die Menge der Verschmutzungsrechte ist gedeckelt und wird immer kleiner. Dümpelte der Preis lange unter zehn Euro je Tonne, ist er in den vergangenen Monaten auf gut 25 Euro gestiegen. Darüber hinaus diskutiert die Politik über eine CO₂-Steuer. Umso ambitioniertere Klimaziele setzen sich nun Konzerne wie BASF oder Bosch. Getrieben von Investoren, Kunden und Beschäftigten modernisieren sie Produktion und Gebäude, stellen auf Ökostrom um, investieren in Klimaschutzprojekte weltweit.
Doch es gibt auch Unternehmen, in denen Kohlendioxid Teil eines jahrzehntealten Erfolgsrezepts ist. Etwa an Europas größtem Stahlstandort Duisburg. Wenn das heiße Eisen hier beim Abstich aus dem Hochofen von Thyssenkrupp strömt, schimmert die ganze Halle rötlich bis unters Dach. Der Abstich ist ein Stück Malocherromantik, sozusagen der Sonnenuntergang der schuftenden Bevölkerung. Jede Tonne heißen Hüttengases wird hier für die Wärme- und Stromerzeugung genutzt, viele Werke versorgen sich selbst. Doch strömt am Ende dieser Kette unweigerlich CO₂ in die Luft. Allein die Eisen- und Stahlindustrie steht für gut sechs Prozent der CO₂-Emissionen Deutschlands.
Zwar versuchen die Hersteller nun, Kohle durch Wasserstoff zu ersetzen. Denn auch der kann Eisenerz reduzieren; am Ende entsteht dann Wasserdampf statt CO₂. Doch haben derlei Versuche, etwa in einem Hochofen von Deutschlands größtem Stahlhersteller Thyssenkrupp in Duisburg, gerade erst begonnen.
Stahl wirklich nachhaltig herzustellen, ist schwierig
Von diesem Sommer an strömt hier Wasserstoff statt Kohlenstaub in den 1200 Grad heißen Ofen - zunächst nur durch eine der 28 Blasformen, das sind kleine Öffnungen. Wie sich das Produkt dadurch verändere, wolle Thyssenkrupp genau analysieren, erklärt Stahlvorstand Arnd Köfler zum Auftakt in Duisburg, und dann "in einer zweiten Projektphase den gesamten Hochofen auf diese Weise umstellen." Bis zu 19 Prozent weniger CO₂ würde so je Tonne Roheisen entstehen.
Doch ganz ohne Kokskohle kommt dieser klassische Hochofen, einer von vieren von Thyssenkrupp am Ort, nicht aus. Eine weitreichende Umstellung auf Wasserstoff, Ökostrom und Lichtbogenöfen, wie sie etwa auch Deutschlands zweitgrößter Stahlhersteller Salzgitter in den nächsten Jahren plant, wird Zeit und viele Milliarden kosten. Dabei leidet die Branche ohnehin seit Jahren an weltweiten Überkapazitäten, neuerdings auch einer schwächeren Nachfrage. Und wirklich grün wird Stahl erst, wenn auch der viele Strom für die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen stammt.
Zumindest für den Übergang hat Thyssenkrupp daher ein sogenanntes Technikum auf das riesige Gelände in Duisburg gebaut. Dicke, graue Rohre transportieren Hüttengase über eine Reinigungsanlage in das neue Labor. Über gelblackierte Metalltreppen kommen die Techniker von außen an die zischenden Kessel heran. Aus den Hüttengasen, die neben CO₂ vor allem Stickstoff und auch Wasserstoff enthalten, stellen die Forscher hier Methanol und Ammoniak her.
Große Konzerne kooperieren bei der Herstellung von Kunststoffvorprodukten
Es sind Ausgangsstoffe etwa für Kraftstoff oder Kunstdünger. Zudem forschen Partnerfirmen auch hier an Kunststoffen aus Treibhausgas. Noch produzieren sie nur kleine Mengen zu Forschungszwecken. Doch bekannten alle 18 Partner im vergangenen Jahr einstimmig, dass sie das Projekt weiter für "sinnvoll, nachhaltig und wirtschaftlich" erachten. Darunter auch Weltkonzerne wie BASF oder Linde. Der Bund fördert dieses Technikum mit etwa 60 Millionen Euro.
In den nächsten Monaten müssen die Partner entscheiden, ob sie eine größere Anlage in industriellem Maßstab aufbauen. Dazu liefen derzeit auch Gespräche über eine weitere Förderung, heißt es von Thyssenkrupp. Der Konzern will jedenfalls weltweit 50 Stahlwerke identifiziert haben, die sich ebenfalls für die Technik eignen. Derlei Lösungen zu exportieren, sei Deutschlands größter Hebel, um zum Klimaschutz weltweit beizutragen, sagte Bundesforschungsministerin Anja Karliczek bei der Eröffnung in Duisburg.
Auch der weltgrößte Stahlhersteller Arcelor-Mittal lässt seine Abgase untersuchen: bei Covestro in Leverkusen. Gemeinsam mit einem Dutzend Partner erforschen die Konzerne, ob sie aus Hüttengasen Kunststoffvorprodukte herstellen können, die einst in Dämmschäumen oder Beschichtungen steckten sollen. Dieses Projekt, "Carbon 4 Pur", läuft bis Herbst 2020; dann müssen die Firmen entscheiden, ob sie eine gemeinsame Anlage bauen.
Allerdings setzt den Unternehmen ausgerechnet der Zertifikatehandel in der EU einen falschen Anreiz. Das kritisiert Liv Adler. Die Projektkoordinatorin ist eine der wenigen Managerinnen in der Kunststoffindustrie. "Stand der Dinge müssen Industrieunternehmen Emissionszertifikate auch für jene Mengen CO₂ kaufen, die abgefangen und weiterverarbeitet werden", sagt Adler. "Sollte diese Regelung so bleiben, wäre das nicht vorteilhaft für die Produkte aus Projekten wie Carbon 4 Pur."
Dessen Partner haben sich als möglichen Ort ihrer Kooperation bereits den Hafen von Marseille in Frankreich ausgeguckt. Dort stehen Werke von Arcelor-Mittal und Covestro nur vier Kilometer voneinander entfernt. Die neuen Symbiosen wachsen, wo die Wege kurz sind.
