Alternatives Naphtha: Der Schritt zur Defossilisierung der Chemieindustrie

Der aktuelle Bericht des nova-Instituts analysiert den Einsatz von erneuerbarem Kohlenstoff als Alternative zu fossilen Rohstoffen in Raffinerien und Steamcrackern, einschließlich der Wertschöpfungsketten, Technologien, Marktteilnehmer und verfügbaren Kapazitäten.

Der Bericht umfasst insgesamt 188 Seiten, 22 Tabellen und 48 Grafiken, die einen detaillierten Einblick in das Kapazitätswachstum alternativer Naphtha-Quellen als Rohstoff für die chemische Industrie, die Produktionswege und den Bedarf an „Upgrading“, wichtige Unternehmen und Partnerschaften sowie das regulatorische Umfeld geben.

Der Bedarf an „alternativem Naphtha“

Grundchemikalien wie Aromaten und Olefine bilden die Basis für viele Polymere und chemische Produkte, die heute in großen Mengen aus fossilen Rohstoffen hergestellt werden, darunter Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyester (PET), Polystyrol (PS), Polyamid (PA) und andere. Naphtha wird in Europa und Asien als wichtiger Rohstoff für das Steamcracking zur Herstellung von Olefinen und Polymeren wie PE und PP verwendet. Darüber hinaus wird fossiles Raffinerie-Naphtha in Reformat umgewandelt, um Aromaten und Polymere wie PS und PA herzustellen. Daher ist es dringend erforderlich, erneuerbare kohlenstoffbasierte Alternativen für Naphtha zu identifizieren, um die Netto-Null-Ziele für Treibhausgasemissionen zu erreichen.

Das Konzept des „alternativen Naphthas“ zielt darauf ab, die bestehende Infrastruktur von Raffinerien, Steamcrackern und der chemischen Industrie zu nutzen, um fossiles Rohöl oder Naphtha durch erneuerbare Kohlenstoffalternativen zu ersetzen. Diese Alternativen werden aus den drei erneuerbaren Kohlenstoffquellen CO2, Biomasse und Recycling gewonnen und können einem oder mehreren chemischen Produkten zugeordnet („attributiert“) werden.

Aufbereitetes Pflanzenöl für Bionaphtha

Die weltweite Produktionskapazität für hydriertes Pflanzenöl (HVO) / hydrierte Ester und Fettsäuren (HEFA) wird 2023 voraussichtlich 18,2 Millionen Tonnen erreichen. Es sind Projekte geplant, um die jährliche Kapazität bis 2026 auf fast 40 Millionen Tonnen zu erhöhen.

Das als HVO oder HEFA bekannte Verfahren wurde in erster Linie zur Herstellung von Biodiesel und/oder SAF (synthetischem Flugbenzin) aus Pflanzenölen und Altölen entwickelt, wobei als Nebenprodukt biobasiertes Naphtha entsteht.

Die bio-basierte Naphtha-Komponente und, je nach Auslegung des Steamcrackers, die erneuerbare (bio-basierte) Dieselkomponente aus dem HVO/HEFA-Prozess haben die Möglichkeit, fossiles leichtes Naphtha als Einsatzstoff im Steamcracker zu substituieren.

Für 2023 wird die Zahl der HVO/HEFA-Produktionsanlagen weltweit auf 44 geschätzt. Im Vergleich dazu ist die Zahl der Unternehmen, die die Ausgangsstoffe für die zugeordneten Chemikalien durch Steamcracken liefern, wesentlich geringer und wird von vier großen Unternehmen dominiert. Basierend auf den bekannten Projekten wird erwartet, dass die Produktionskapazität für die chemische Industrie bis 2026 auf etwa 1,6 Millionen Tonnen ansteigen wird.

Pyrolyseöl (PyOil) aus Kunststoffen und Reifen

In den letzten zwei bis drei Jahren ist das Interesse an der Pyrolyse von Kunststoffen und Altreifen stark gestiegen, da sie die Möglichkeit bietet, einen geschlossenen Kreislauf für kunststoffhaltige Abfälle zu schaffen, die oft nur schwer mechanisch recycelt werden können.

Die geplante neue EU-Gesetzgebung sieht ehrgeizige Recyclingziele für Kunststoffverpackungen vor. Die Pyrolyse als Recyclingmethode bietet erhebliche Vorteile bei der Erfüllung der Qualitätsstandards für Verpackungsmaterialien in sensiblen Anwendungen. Obwohl die Gesetzgebung noch nicht offiziell in die EU-Gesetzgebung aufgenommen wurde, wird erwartet, dass die Pyrolyse eine entscheidende Rolle bei der Erreichung der anspruchsvolleren Recyclingziele spielen und die Produktion von PyOil aus Kunststoffabfällen stark vorantreiben wird.

In der Branche sind Partnerschaften zwischen Entwicklern und Betreibern von Pyrolysetechnologien und nachgelagerten Partnern weit verbreitet. Letztere können Betreiber von Raffinerien und Steamcrackern oder Händler für die chemische Industrie sein.

Der Bericht analysiert laufende Projekte und die geschätzte verfügbare Kapazität für Pyrolyseöle aus Kunststoffen und Reifen. Die Gesamtproduktionskapazität für Pyrolyseöl könnte bis 2026 auf über 1,5 Millionen Tonnen pro Jahr ansteigen, wenn die derzeitigen Projekte mit den geplanten Abnehmern aus der Raffinerie- und Chemieindustrie fortgeführt werden.

Andere Wege zur Herstellung von „alternativem Naphtha“ können ebenfalls zu einem erneuerbaren Anteil beitragen

Die Umwandlung von biogenen oder kunststoffhaltigen Abfällen durch Vergasung in Synthesegas (ein Gemisch aus Kohlendioxid und Wasserstoff), das anschließend nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren in ein Gemisch aus erneuerbarem Naphtha, Diesel und nachhaltigem Flugbenzin (SAF) umgewandelt wird, stellt eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von alternativem Naphtha dar. Bis 2026 ist eine Kapazität von 450 Kilotonnen pro Jahr in Nordamerika und 74 Kilotonnen pro Jahr in Europa geplant, die hauptsächlich aus Holzabfällen gewonnen und ausschließlich als Kraftstoff verwendet werden soll.

Derzeit werden in mehr als 25 Projekten weltweit Technologien erforscht und umgesetzt, die eine Kombination von Kohlendioxidabscheidung, Synthesegaserzeugung, Umwandlung in synthetisches Rohöl mittels Fischer-Tropsch-Technologie und Auftrennung in verschiedene Produkte wie SAF, Diesel, Naphtha, Wachse und andere Chemikalien ermöglichen. Diese Projekte umfassen eine Vielzahl von Technologien, bei denen das Know-how in den Bereichen Kohlendioxidabscheidung, Synthesegasumwandlung und Fischer-Tropsch-Technologie von verschiedenen Unternehmen oder Organisationen bereitgestellt werden kann.

Die meisten dieser Projekte konzentrieren sich auf die Herstellung von Kraftstoffen, insbesondere von nachhaltigem Kerosin (SAF), was auf die regulatorischen Rahmenbedingungen in der EU und die Anreize für die CO2-Nutzung in den USA zurückzuführen ist. Dabei wird das Nebenprodukt Naphtha auch für die chemische Industrie zur Verfügung stehen.

Es wird erwartet, dass die meisten Projekte zur Herstellung von Treibstoffen aus CO2 und der damit zusammenhängenden Produktion von Naphtha erst nach 2026 abgeschlossen sein werden und derzeit für den Zeitraum 2026 bis 2030 geplant werden. In diesem Zeitraum könnte die Gesamtkapazität für Kohlenwasserstoffe (für Kraftstoffe und Chemikalien) weltweit auf fast 800 Kilotonnen pro Jahr ansteigen, wenn alle derzeit laufenden Projekte erfolgreich umgesetzt werden.

Eine zukünftige Untersuchung der Verfügbarkeit von alternativem Naphtha für die chemische Industrie könnte zeigen, dass das „Alcohol-to-Jet“-Verfahren, bei dem Alkohole wie Methanol, Ethanol und Isobutanol zur Herstellung von synthetischem Kerosin (SAF) umgewandelt werden, eine mögliche Quelle für alternatives Naphtha sein könnte. Technologieanbieter arbeiten aktiv an der Entwicklung und Optimierung dieser Prozesse, und sobald die Technologien ausgereift und größere Mengen auf dem Markt verfügbar sind, könnte diese Naphtha-Quelle stärker in Betracht gezogen werden.