ACHEMA 2024: Transformation sicher meistern

Chemie ist häufig der Anfang von allem. Die Branche steht bei vielen Produkten am Start der Wertschöpfungskette. Viele der erzeugten Produkte werden weiterverarbeitet, etwa in der Kunststoffindustrie, dem Maschinenbau, bei Automobilherstellern oder der Textilwirtschaft. Damit hat die Chemieindustrie eine hohe Bedeutung für die deutsche Wirtschaft. Doch die Branche steht vor enormen Herausforderungen.

Energiewende

Weil die Chemiebranche zu den energieintensiven Industrien zählt, kommt im Zuge der Energiewende eine Mammutaufgabe auf sie zu. Denn Chemie ist der Schlüssel, um die anspruchsvollen Klimaziele zu erreichen. Die hergestellten Produkte werden für viele klimaneutrale Technologien benötigt. Und auch bei den Emissionen können Chemieunternehmen sparen. Allein in Deutschland ist die Branche für rund vierzehn Prozent der Treibhausgasemissionen verantwortlich.

Ein wesentlicher Faktor für eine klimaneutrale Chemiebranche ist die CO2-freie Elektrifizierung. Die Klimabilanz verbessert sich enorm, wenn nachhaltiger Strom aus Prozessdampf zum Einsatz kommt oder Wärmepumpen genutzt werden. Auch erneuerbare Energie können einen Beitrag leisten, sind aber noch nicht konstant verfügbar. Doch der enorme Bedarf muss schon heute gedeckt werden. Deshalb hoffen Unternehmen auf den grünen beziehungsweise blauen Wasserstoff oder klimaneutral hergestellten Ammoniak oder Methanol.

Das Engagement muss allerdings die eigene CO2-Bilanz nachhaltig verbessern und die Treibhausgasemissionen verringern. Bevor eine Aktivität umgesetzt wird, muss deshalb die Plausibilität geprüft werden. Anschließend muss der Erfolg messbar und nachweisbar sein. Nur validierte und verifizierte Daten sorgen für die Gewissheit, dass die eigene Dekarbonisierungsstrategie wirksam ist.

Wasserstoff

Bei der Energiewende der Chemiebranche nimmt Wasserstoff daher eine zentrale Rolle ein. Wasserstoff-Kraftwerke und Brennstoffzellen sind entscheidend, um Flauten zu überbrücken und Schwankungen auszugleichen. In vielen Ländern wird bereits der Einsatz von grünem Wasserstoff geplant. Wie enorm der Bedarf ist, zeigt eine einfache Rechnung. Wenn das geplanten Wasserstoffvolumen zusammengezählt wird, ergibt sich ein globales Wasserstoffpotenzial im hohen vierstelligen Terawattstunden-Bereich pro Jahr.

Der Auf- und Ausbau einer dafür notwendigen Wasserstoffwirtschaft erfordert hohe Investitionen in Technologie, Anlagenbau und Pipelines. Beim Aufbau einer geeigneten Infrastruktur gilt es, die geringe volumetrische Dichte des Wasserstoffs zu berücksichtigen. Hinzu kommen die hohe Diffusität und die Eigenschaft, bestimmte Stähle zu verspröden. Deshalb wird gasförmiger Wasserstoff für die Speicherung häufig komprimiert oder verflüssigt. Doch diese Verfahren erfordert Energie und aufwändige Tanks.

Entscheidend für die Umrüstung von Pipelines auf Wasserstoffbetrieb ist die Materialverträglichkeit. Faktoren wie Risswachstum und Bruchzähigkeit müssen im Vorfeld genau überprüft werden, um die Sicherheit weiterhin zu gewährleisten. Erst die Ergebnisse von Werkstoffprüfungen sorgen für eine Basis, mit der sich die Betriebsdauer der Infrastruktur seriös vorhersagen lässt.

Digitalisierung

Um die anspruchsvollen Vorgaben der Energiewende zu erfüllen, muss die Kreislaufwirtschaft möglichst reibungslos funktionieren. An dieser Stelle kommt die Digitalisierung der Chemieindustrie ins Spiel.  In einer Kreislaufwirtschaft ist es entscheidend, dass Informationen über die Verfügbarkeit und Qualität von Rohstoffen über Unternehmensgrenzen hinweg transparent und in Echtzeit verfügbar sind. Damit vereinfacht sich die Anpassung und Optimierung von Produktionsprozessen sowie eine exakte Bilanzierung der Emissionen.

Doch die Elektrifizierung von Prozessen und die Anpassung an die schwankenden erneuerbaren Energien erfordern flexible Betriebsmodelle. Digitale Tools und Technologien, bieten hier große Vorteile, insbesondere maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz. Dafür müssen die Daten jedoch konsistent und kontextbezogen sein.

Für die digitale Transformation in der Chemieindustrie sind deshalb die Integration von IT und OT sowie konsistente Datenströme essenziell. Prozessautomatisierer spielen eine Schlüsselrolle, indem sie die notwendigen Datenströme managen und Sicherheitsanforderungen berücksichtigen. Dabei dürfen Cyberbedrohungen nicht außer Acht gelassen werden. Denn Chemieanlagen gelten für Cyberkriminelle nach wie vor als lohnendes Ziel. Zum einen, weil bereits eine gehackte Anlage eine immense Gefahr für Mensch und Umwelt ist – zum anderen, weil damit die Reputation in der Hacker-Szene steigt.

Zukunft mit Sicherheit

Mit einer Chemiebranche, die sich im Wandel befindet, verändert sich auch der Anspruch. Selbstverständlich müssen Anlagen und Infrastruktur sicher sein. Doch ebenso entscheidend für eine erfolgreiche Energiewende ist die Verfügbarkeit, damit Hersteller im internationalen Wettbewerb bestehen können. Mit modernen Methoden wie der Schall-Emissions-Prüfung oder Phased-Array-Ultraschallmessungen leisten Prüfunternehmen schon heute einen effizienten und kostengünstigen Beitrag.