Wie kann in der Glasbranche der Weg zur CO2-Neutralität gelingen? Marc Everling hat für die glasstec die Ergebnisse der Studie Glas 2045 – Dekarbonisierung der Glasindustrie zusammengefasst – wobei der Fokus auf der Behälterglasindustrie lag. GFF gibt die Ergebnisse für die Flachglasindustrie wieder.
Der Bundesverband Glasindustrie (BV Glas) hat in Zusammenarbeit mit dem Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart in ihrer Studie Glas 2045 – Dekarbonisierung der Glasindustrie drei Transformationspfade gezeichnet und verglichen, welche die energieintensive Glasindustrie bis 2045 zur Klimaneutralität bei den direkten Emissionen führen können. Der Schlüssel liegt langfristig im Ersetzen des Erdgases in der Schmelze, das derzeit 77 Prozent im End-Energiemix ausmacht, und zwar durch Strom und grüne Gase. Die größte Erfolgswahrscheinlichkeit erkennen Verband und Institut in einer schrittweisen Umstellung auf hybride Schmelztechnologien.
Die glasstec, die bei der aktuellen Ausgabe einen wichtigen Schwerpunkt beim Thema Dekarbonisierung setzte, hat die Studie daraufhin beleuchtet, wie der Weg zur CO2-Neutralität in der Glasbranche gelingen könnte. Während bei dieser Betrachtung der Fokus auf der Behälterglasindustrie lag, die mit jährlich 4,1 Millionen Tonnen den größten Teil der deutschlandweit 7,4 Millionen Tonnen Glas herstellt, gibt GFF die Studienergebnisse unten mit Blick auf die Flachglasindustrie wieder.
Dekarbonisierung: Strom und grüne Gase für die Prozesswärme verwenden
Bei der Glasherstellung werden in Deutschland jährlich zirka vier Millionen Tonnen CO2 emittiert, vor allem im erdgasbasierten Befeuern der Schmelzwannen, aber auch durch prozessbedingte, chemische Reaktionen der eingesetzten Rohstoffe. Für Letztere gibt es wenig Alternativen, und die Abscheidung und Einlagerung von CO2 über das Carbon Capture and Storage-Verfahren (CCS/CCU) ist bei den vergleichsweise geringen CO2-Konzentrationen im Abgas der Glasindustrie schwierig umzusetzen. Hier bestehen weiterer Forschungsbedarf und die Entwicklung einer CO2-Infrastruktur.
Der größte Hebel zur Dekarbonisierung besteht im Wechsel der Energieträger für die Prozesswärme – weg vom Erdgas hin zu Strom und grünen Gasen (Wasserstoff, Biogas, synthetisches Methan). Die technologische Umstellung der langjährig auf gasförmige Brennstoffe ausgelegten Glasschmelzen ist eine große Herausforderung, zumal weitere Prozesse, wie die Nutzung der Abwärme, in den meisten Produktionen seit langem verbunden sind. Diese Aufgabe kann bis 2045 nur gelingen, wenn die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie erhalten bleibt, indem die Politik die Transformation weiterhin als existenzielle, gesamtgesellschaftliche Herausforderung begreift und vorantreibt – vieles hängt an der erfolgreichen, EU-weiten Umstellung von fossilen Energieträgern auf regenerative Energie und grüne Gase.
Drei Transformationspfade untersucht
Für eine präzise Einschätzung des Status quo analysierte die Studie die in Deutschland produzierenden Werke für Behälterglas, Flachglas und Spezialgläser mit allen Variablen, wie Wannenanzahl, Wannenart, Produktionsmengen und Energieverbrauch, und untersuchte drei mögliche Transformationspfade, je nach Eignung und Verfügbarkeit der Technologie für das zu fertigende Glasprodukt, der Verfügbarkeit der Infrastruktur für den Einsatz emissionsfreier Energieträger und den bereits kommunizierten oder geplanten Dekarbonisierungsmaßnahmen der Hersteller.
Im Szenario Bau (Business as usual) werden keine wesentlichen Veränderungen im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik in den einzelnen Glaswerken bis 2045 angenommen – als Benchmark für die anschließende Analyse der alternativen Transformationspfade Elektrifizierung, Wasserstoff und Hybridszenario, die hinsichtlich Energieverbrauch, CO2-Emissionen und der voraussichtlichen Kosten simuliert wurden.
Umstellung auf Hybridwannen, Super-Hybridwannen oder vollelektrische Schmelzwannen
Die heute im Betrieb befindlichen Technologien werden in den drei Transformationspfaden bis 2045 vollständig durch Hybridwannen, Super-Hybridwannen und vollelektrische Schmelzwannen ersetzt, je nach potenzieller Eignung. Definition: Bei der Hybridwanne werden 20 bis 40 Prozent der benötigten Schmelzenergie elektrisch über Elektroden und 60 bis 80 Prozent durch eine Verbrennung von Erdgas/Biogas/Wasserstoff in der Schmelzwanne zugeführt. Bei der Super-Hybridwanne werden 60 bis 80 Prozent der benötigten Schmelzenergie elektrisch über Elektroden und 20 bis 40 Prozent durch eine Verbrennung von Erdgas/Biogas/Wasserstoff in der Schmelzwanne zugeführt.
Erdgas wird in den erneuerbaren Konzepten bis 2045 nach und nach durch grünen Wasserstoff ersetzt, so dass die brennstoffbedingten Emissionen auf null sinken. Der Strombedarf steigt je nach Szenario auf 15,5 bis 31,3 PJ und der Wasserstoffbedarf auf 2,8 bis 28,4 PJ pro Jahr. Zur vollständigen Umrüstung auf Hybrid- und vollelektrische Schmelzwannen und die Anpassung der Energieinfrastrukturen sind Investitionen in Höhe von 3,2 bis 5,6 Milliarden Euro bis 2045 nötig. Die untere Grenze von 3,2 Milliarden Euro gibt den Investitionsbedarf im Wasserstoff-Szenario wieder, denn der Aufwand der Umstellung auf den neuen Brennstoff ist vergleichsweise gering. Ob grüner Wasserstoff allerdings künftig breit verfügbar sein wird, erscheint schwer abschätzbar. Und letztlich verbleiben 2045 prozessbedingte CO2-Emissionen in Höhe von 780.000 Tonnen pro Jahr, weil es bei den eingesetzten Rohstoffen für die Glasherstellung bislang keine Alternativen gibt. Um diese zu vermeiden, wären bis 2045 Infrastrukturen für den Transport und die Speicherung von CO2 erforderlich.
Betrachtet man die Studienergebnisse, dürfte der hybride Transformationspfad der für die gesamte Glasindustrie erfolgversprechendste Weg sein, denn er ist hinsichtlich der einzusetzenden Technologielösungen flexibler angelegt.
Transformation der Flachglasindustrie: Energie, Emissionen, Kosten
Die Flachglasindustrie stellt in Deutschland jährlich 2,1 Millionen Tonnen Glas her. Hier werden laut der Studie, wenn man dem Szenario des hybriden Transformationspfads folgt, zu Beginn dieses Jahrzehnts die ersten erdgasbetriebenen Hybridwannen mit Strom und Erdgas eingesetzt. Ab 2025 werden zusätzlich die ersten Hybridwannen mit Einsatz von Wasserstoff in Betrieb genommen. Bis 2030 wird bereits der Großteil des in Deutschland produzierten Flachglases in Hybridwannen mit Strom und Erdgas produziert werden.
Bis 2040 werden bereits zwölf der 13 Schmelzwannen in der Flachglasbranche als Hybridwannen betrieben. Diese werden ab 2040 nach und nach auf einen Wasserstoffbetrieb umgerüstet und der Anteil elektrischer Energie durch eine Weiterentwicklung zu Super-Hybridwannen gesteigert. Dementsprechend befinden sich im Jahr 2045 sieben Hybridwannen und sechs Super-Hybridwannen mit dem Brennstoff Wasserstoff im Einsatz. Den Einsatz vollelektrischer Wannen bis 2045 schließt das Szenario aus.
Energieverbrauch
Die Umstellung auf Hybrid- und Super-Hybridwannen führt zu einer Steigerung des Strombedarfs bis zum Jahr 2045. Insgesamt wird der Strombedarf um 880 Prozent auf zirka 6,7 PJ (1.861 GWh) im Jahr steigen. Der jährliche Bedarf an Wasserstoff wird auf 5,8 PJ ansteigen. Für die Herstellung von Flachglas werden dann zu relativ gleichen Anteilen die beiden Energieträger Strom und Wasserstoff eingesetzt.
CO2-Emissionen
Durch die vollständige Dekarbonisierung des Stromsektors bis 2045 sinken die energiebedingten CO2-Emissionen durch den Einsatz von Strom auf null und die brennstoffbedingten Emissionen lassen sich durch den Einsatz von Wasserstoff vollständig vermeiden. Die prozessbedingten CO2-Emissionen können dagegen aufgrund mangelnder Verfügbarkeit von qualitativ hochwertigen Glasscherben und alternativer Rohstoffe nicht verringert werden, so dass die spezifische Menge der prozessbedingten CO2-Emissionen bis 2045 nahezu unverändert bleibt. Entsprechend sinken die jährlichen CO2-Emissionen von insgesamt 1,32 Millionen Tonnen in 2020 um 68 Prozent auf 416.000 Tonnen CO2 in 2045.
Produktionskosten
Durch den Einsatz der teuren Energieträger Strom und Wasserstoff steigen die Betriebskosten zur Herstellung von Flachglas. Der Anteil der Energiekosten wird dabei um zirka 250 Prozent ansteigen. Die prozessbedingten CO2-Emissionen führen in Verbindung mit dem Preisanstieg der CO2-Zertifikate zu einem Anstieg der spezifischen CO2-Kosten um 80 Prozent. Die übrigen Anteile der Produktionskosten bleiben dagegen weitgehend konstant, so dass es durch die Umstellung der Produktionsprozesse zu einer Steigerung der spezifischen Produktionskosten von 35 Prozent auf 582 Euro pro Tonne Flachglas kommt.
Investitionen
Gemäß dem skizzierten hybriden Transformationspfad werden in der Flachglasindustrie jährlich Investitionen von durchschnittlich 40 Millionen Euro benötigt, um auf Hybrid- und Super-Hybridwannen umzustellen. Insgesamt sind bis 2045 Investitionen in Höhe von insgesamt 1,1 Milliarden Euro nötig.
