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Wie die Glasindustrie vom Erdgas abhängt 

Die Glasindustrie nutzt bisher überwiegend fossile Energien. Noch heute gehen rein fossil betriebene Glasschmelzwannen in Betrieb. Strom und Wasserstoff könnten Alternativen sein, doch nun ist erneut ein wichtiges Modellprojekt gescheitert.


Glasproduktion
In der Glasproduktion wird Erdgas verbrannt, um bei etwa 1.500 Grad Ausgangsstoffe wie Quarzsand und Kalkstein zu schmelzen. (Foto: Marc Thürbach/​BV Glas/​Wikimedia Commons)

Diskussionen über einen möglichen Lieferstopp für russisches Erdgas sorgten zuletzt in vielen Industriebranchen für Aufregung. Eine Branche, die in besonderem Maße von zuverlässigen Gaslieferungen abhängig ist, ist dabei die Glasindustrie.

Die Wannen, in denen die Glasrohstoffe eingeschmolzen werden, werden üblicherweise über Zeiträume von zehn bis 15 Jahren am Stück betrieben. Ein Abschalten zwischendurch ist nicht vorgesehen – das geschmolzene Glas würde erhärten und die Anlage müsste fast komplett neu aufgebaut werden.

Die Mehrzahl der Glasschmelzen nutzt dabei heute fossiles Erdgas, teilweise mit elektrischen Zusatzheizungen. In einigen alten Anlagen wird noch mit Öl geheizt, nur wenige kleine Anlagen laufen rein elektrisch.

Selbst Neuanlagen werden noch überwiegend auf fossile Energien ausgelegt. So hat etwa die Firma Wiegand-Glas noch im März dieses Jahres in Südthüringen eine neue Glaswanne mit Erdgasbefeuerung in Betrieb genommen.

"Die Schmelzwanne wurde im Jahr 2018 geplant", begründet eine Sprecherin von Wiegand-Glas auf Anfrage diese Entscheidung. "Damals war die Zielstellung unserer Bundesregierung, bis zum Jahr 2030 40 Prozent CO2-Einsparungen zu erzielen."

Das sei mit der von Wiegand eingesetzten hochmodernen Schmelztechnologie möglich, so die Sprecherin. "Während des Aufbaus der Anlage haben sich dann die Zielstellungen unserer Regierung geändert. Zu diesem Zeitpunkt war es für uns bereits zu spät, um umzusteuern."

Wasserstoff oder Strom?

Noch unter der alten Bundesregierung wurde im vergangenen Jahr beschlossen, dass Deutschland im Jahr 2045 klimaneutral sein soll. Für eine Branche wie die Glasindustrie, die bislang überwiegend fossile Energien nutzt und deren Anlagen über lange Zeiträume laufen, drängt daher die Zeit.

Prinzipiell wäre es möglich, statt Erdgas grünen Wasserstoff zu nutzen, um die Glaswannen zu beheizen. Das würde zwar einige Anpassungen der Prozesse erfordern, da Wasserstoff andere Brenneigenschaften hat, es wäre aber wohl technisch machbar.

Die Firma Nippon Sheet Glass hat kürzlich in einem Versuch an einem britischen Standort Glas mithilfe von Wasserstoff produziert. Der Wasserstoff wurde dafür allerdings aufwendig mit Tanklastern angeliefert. Für einen dauerhaften Einsatz müssten entsprechende Industriebetriebe an Wasserstoff-Netze angeschlossen werden, die es bislang noch nicht gibt.

Zudem ist die Nutzung von Wasserstoff vergleichsweise ineffizient. Effizienter wäre es, die Wannen direkt elektrisch zu beheizen. Damit das klimaneutral wird, müsste der Strom natürlich aus sauberen Quellen stammen.

Schon heute gibt es Glasschmelzen, die mit Strom betrieben werden. Doch elektrische Glasschmelzen werden bisher nur bei vergleichsweise kleinen Glaswannen für Spezialanwendungen eingesetzt.

Erste große E-Glaswanne war ein Desaster

Bereits 2008 versuchte ein Glashersteller in den USA, eine große elektrische Glaswanne in Betrieb zu nehmen. Schon damals war das Ziel, die Produktion klimafreundlicher zu machen. Mit Strom aus Wasserkraft wollte die Firma Cameron Glass eine große Produktionsanlage für Weinflaschen in Kalama im US-Bundesstaat Washington betreiben.

Doch das Projekt wurde zum Desaster. Nach kurzer Zeit kam es zu einem Leck, bei dem heißes, flüssiges Glas austrat. Die Anlage wurde stillgelegt und Cameron Glass musste Konkurs anmelden.

"Das war ein echtes Trauma für unsere Industrie und hat die weitere Entwicklung von elektrischen Schmelzöfen abgebremst", sagt Fabrice Rivet vom Europäischen Behälterglasverband Feve dazu.

Der Bundesverband Glas, der in Deutschland die Glasindustrie vertritt, geht davon aus, dass eine vollständige Umstellung auf rein elektrische Glasschmelzen nicht möglich sein wird. "Für Glasprodukte mit sehr hohen Qualitätsanforderungen braucht man eine Glasschmelze mit einer heißen Oberfläche", erläutert Christiane Nelles , Energiereferentin des Verbandes.

"Eine rein elektrisch widerstandsbeheizte Glasschmelzwanne hat ein sogenanntes cold top, eine kalte Oberfläche. Deswegen können Produkte mit hoher Anforderung an innere Qualität nicht über rein elektrische Schmelze hergestellt werden", so Nelles.

"Außerdem werden bei hohen elektrischen Leistungen die Stromdichten an den Elektroden sehr hoch, dies kann auf die physikalische und physiko-chemische Grenzen des Einsatzes von Strom stoßen. Folgen können Strömungsstörungen und Kurzschlüsse sein oder es kann zu lokalen Überhitzungen in der Glaswanne kommen." Letzteres ist genau das, was zur Fehlfunktion der Glaswanne von Cameron Glass geführt hat.

Hybridwannen: Mischung aus Strom und Wasserstoff

Die Hoffnung der Branche sind nun hybride Glaswannen, die überwiegend elektrisch und zu einem geringen Teil mit Gas beheizt werden. Langfristig könnte das fossile Erdgas durch grünen Wasserstoff ersetzt und somit die gesamte bereitgestellte Energie klimafreundlich produziert werden.

Ein Szenario des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz, an dem auch der Bundesverband Glas mitgewirkt hat, geht davon aus, dass eine zukünftige klimaneutrale Glasproduktion zu etwa 25 Prozent in rein elektrischen Glaswannen und zu 75 Prozent in Hybridwannen stattfindet. Die Hybridwannen würden letztendlich mit einer Mischung aus Strom und grünem Wasserstoff betrieben werden.

Die Hybridwanne soll also für die Zukunft der Branche eine wichtige Rolle spielen. Ein Konsortium europäischer Glasunternehmen plante ein Gemeinschaftsprojekt, das diese Technologie voranbringen sollte: Die "Furnace for the Future", also die Glasschmelze der Zukunft, sollte zu 80 Prozent elektrisch betrieben werden.

Doch aus dem Projekt wurde nichts.

Koordiniert vom Behälterglasverband Feve hatten 19 europäische Glashersteller geplant, gemeinsam eine solche Hybridglaswanne in industriellem Maßstab zu bauen und zu betreiben. Gebaut werden sollte die Glaswanne der Zukunft im niedersächsischen Obernkirchen an einem Standort der Firma Ardagh.

"Glasschmelze der Zukunft" mit Finanzierungsproblem

Ein Fünftel der Energie wäre dabei weiterhin aus Erdgas gekommen. "Wir wollten Schritt für Schritt vorgehen", erläutert Fabrice Rivet von Feve. "Nachdem wir gezeigt hätten, dass wir mit 80 Prozent Strom Glas schmelzen können, wäre der nächste Schritt natürlich gewesen, das Erdgas durch Wasserstoff zu ersetzen."

Viele leere Milchflaschen.
Glas gilt als umweltfreundliche Alternative zu Plastik, doch die Herstellung ist sehr energieintensiv. Sich für Mehrwegsysteme einzusetzen kann man von der Glasindustrie wohl nicht erwarten. (Foto: Ted Lee/​Pixabay)

Doch das gesamte Projekt wurde vor Kurzem abgesagt. "Die zusätzlichen Kosten dieses Projekts im Vergleich zu einer konventionellen Anlage lagen im Bereich von 50 Millionen Euro über einen Zeitraum von zehn Jahren", so Rivet.

Vor allem die Stromkosten seien dabei entscheidend. Daher hatte Feve auf eine Förderung durch den EU Innovation Fund der Europäischen Kommission gehofft.

Der Innovation Fund unterstützt industrielle Klimaschutzprojekte, bei denen neue Technologien etabliert werden sollen. Dafür hatten sich über 300 Projekte beworben, jedoch nur sieben erhielten eine Förderung. Die Glaswanne der Zukunft kam zwar in die engere Auswahl, erhielt aber letztendlich keinen Zuschlag.

Für den Behälterglasverband Feve endete damit das Projekt. Beim Unternehmen Ardagh gibt es allerdings Pläne, die Hybridglaswanne trotzdem in Eigenregie zu bauen.

Auch der Bundesverband Glas betont, dass die Mehrkosten das Problem bei der Umstellung auf mögliche neue Technologien seien. Dort hofft man darauf, bald entsprechende Projekte in Deutschland über Klimaschutzverträge zu ermöglichen.

Klimaverträge für Investitionen in neue Technologien

Über diese Klimaschutzverträge, in der Fachwelt auch Carbon Contracts for Difference oder Differenzverträge genannt, sollen Industriebetrieben die Mehrkosten bei der Investition und beim Betrieb von neuartigen, weitgehend CO2-emissionsfreien Technologien ersetzt werden.

Das Bundeswirtschafts- und Klimaministerium plant gerade ein entsprechendes Pilotprogramm, kürzlich konnten sich interessierte Unternehmen im Rahmen eines Interessenbekundungsverfahrens hierfür bereits melden.

Dabei gab es für die Glasindustrie eine gute Nachricht: Ursprünglich hatte das Ministerium angekündigt, bei der ersten Phase der Klimaschutzverträge nur die Stahl- und Chemieindustrie zu berücksichtigen. Doch in der jüngsten Ankündigung heißt es, "auch Pilotprojekte in anderen besonders energieintensiven Industrien sind möglich, wenn die Projekte hohe und kosteneffiziente Emissionsminderungen erbringen".

Sprich: Auch für eine Branche wie die Glasindustrie sollen Klimaschutzverträge möglich sein. Laut dem Bundesverband Glas ist das Interesse der Branche an den neuen Klimaschutzverträgen sehr groß.

Nach dem Scheitern der Glaswanne der Zukunft könnte es also bald neue Anläufe geben, Glas künftig mit Strom und Wasserstoff zu schmelzen. Doch neben der reinen Energieversorgung steht die Branche in Sachen Klimaneutralität noch vor einer anderen Herausforderung.

Die Schmelzenergie auf Ökostrom oder Wasserstoff umzustellen, würde der Glasindustrie bereits einen Großteil ihrer Treibhausgasemissionen ersparen. Doch es gibt noch eine weitere CO2-Quelle bei der Glasherstellung: den Einsatz von Karbonaten wie Soda und Kalk als Rohstoff.

Schwer vermeidbare Prozessemissionen

Soda und Kalkstein werden bei der Herstellung von Glas hinzugefügt und während des Schmelzprozesses jeweils in Natriumoxid und Kalziumoxid umgewandelt. Beide Ausgangschemikalien enthalten Kohlenstoff, der in dem Prozess in Form von Kohlendioxid entweicht.

Diese chemischen Emissionen werden auch als Prozessemissionen bezeichnet, sie sind für etwa ein Viertel der Emissionen der Glasschmelzöfen verantwortlich. Bislang gibt es keine Konzepte, um diese Emissionen völlig zu verhindern.

Theoretisch wäre es möglich, die Prozessemissionen mittels CCS-Technologie zu reduzieren, sprich das Kohlendioxid abzufangen und dauerhaft unterirdisch zu lagern. In anderen Branchen mit ähnlichen Prozessemissionen – am größten ist das Problem in der Zementindustrie – gilt das als Option.

Doch Fabrice Rivet vom Glasindustrieverband Feve ist skeptisch. CCS sei für die vergleichsweise geringen Mengen an Kohlendioxid, das durch die Prozessemissionen entsteht, zu teuer.

"Der vielversprechendste Weg ist die Erhöhung der Glasrecyclingrate", sagt Rivet. Wenn Glasscherben als Ausgangsmaterial genutzt werden, entstehen die Prozessemissionen nicht, da Natrium- und Kalziumoxid darin bereits enthalten sind.

Weniger Soda hieße schnellere Glasverarbeitung

Schon heute ist recyceltes Glas der wichtigste Rohstoff der Branche, doch gänzlich wird sich das Problem damit wohl nicht lösen lassen. Hundertprozentiges Recycling ist nicht realistisch, es wird daher immer einen gewissen Bedarf für neues Glas geben.

Im Forschungsprojekt "Zero CO2 Glas" soll neben der Verwendung von Wasserstoff als Energiequelle auch getestet werden, inwieweit man auf die kohlenstoffhaltigen Rohstoffe wie Soda oder Kalk verzichten kann. Geleitet wird das Projekt von Forschungsinstituten an der RWTH Aachen, beteiligt ist daran auch die Firma Wiegand-Glas.

"Wir werden schrittweise einige Rohstoffe reduzieren, um zu schauen, welchen Spielraum wir da überhaupt haben", erläutert Winfried Willenborg von Wiegand-Glas die Pläne. Das würde die chemische Zusammensetzung des Glases ändern, und damit gibt es bislang kaum Erfahrungen.

"Das Kritische ist die Soda. Wenn man Soda rausnimmt, hat das eine enorme Auswirkung auf die Formgebung", sagt Willenborg. Denn das Weglassen oder Reduzieren von Soda führt dazu, dass das Glas schneller erhärtet. "Das heißt, wir müssen dort wesentlich schneller sein."

Am Ende wird es wohl schwierig werden, die Kohlendioxid-Emissionen der Glasindustrie komplett zu vermeiden. In dem Fall müssten die Restemissionen langfristig ausgeglichen werden, beispielsweise durch Direct-Air-Capture-Technologien, die Kohlendioxid aus der Luft filtern. Aber auch die sind noch im Pilotstadium.

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