Niedrig-Emissions-Kracking-Ölsysteme im Einklang mit den CO₂-Regeln von 2025

Verstehen des regulatorischen Drucks für emissionsarme Kokereianlagen

Phänomen: Steigender regulatorischer Druck bezüglich Emissionen in Raffinerien

Raffinerien auf der ganzen Welt werden heute stärker denn je unter die Lupe genommen, da Regierungen ihre CO2-Vorschriften immer weiter verschärfen. Ein Beispiel hierfür ist das EU-Emissionshandelssystem, das Unternehmen nun Strafen in Höhe von über 110 US-Dollar pro Tonnen CO2 auferlegt, falls sie ihre CO2-Grenzen überschreiten. Zudem verlangt die Euro-VI-Verordnung, dass Raffinerien die Emissionen feinster Partikel in die Luft um fast 30 % senken, und zwar bis 2025 im Vergleich zum Stand von 2020 – laut einer Studie des ICCT aus dem vergangenen Jahr. Solche Regularien finden sich jedoch nicht nur in Europa. Etwa ein Viertel der US-Bundesstaaten hat im Grunde das California Low Carbon Fuel Standard-Programm übernommen. Gleichzeitig hat China auf der anderen Seite des Pazifiks sein eigenes Nationales Emissionshandelssystem eingeführt, das ungefähr 2.200 verschiedene Industrieanlagen umfasst, von denen viele Rohöl durch Crackverfahren verarbeiten.

Wie Ölcrack-Systeme den CO2-Fußabdruck beeinflussen

Fluidkatalytische Crackeinheiten (FCC) sind für etwa 40 bis 60 Prozent des CO2-Fußabdrucks einer Raffinerie verantwortlich, da diese Prozesse aufgrund ihrer thermischen Verfahren und der zahlreichen Katalysator-Regenerationszyklen sehr energieintensiv sind. Laut aktueller Forschung der Materials & Energy Balance Study aus dem Jahr 2024 könnte die Modernisierung alter Crackanlagen tatsächlich Scope-1-Emissionen um rund 34 % pro verarbeitetem Barrel reduzieren. Es gibt mehrere Bereiche, in denen Verbesserungen eine echte Wirkung zeigen können. Zunächst hilft eine korrekte Anpassung der Reaktortemperaturen dabei, übermäßige Verkokung zu verhindern, was allein zwischen 12 und 18 % an Treibstoffgas-Einsparung bringt. Ein weiterer großer Gewinn ergibt sich durch den Einbau von Abwärmerückgewinnungssystemen, die den Dampfbedarf signifikant um etwa 25 % senken. Und nicht zu vergessen ist der Wechsel zu Einsatzstoffen aus Biomasse. Allein diese Maßnahme reduziert die Emissionen über den gesamten Lebenszyklus hinweg um nahezu die Hälfte, nämlich um 52 %, und zählt damit zu den wirkungsvollsten Strategien, die heute zur Verfügung stehen.

Fallstudie: Europäische Raffinerien, die der Euro-VI- und EU-ETS-Vorschriften entsprechen

Ein Konsortium von Rhein-Ruhr-Raffinereien erreichte 2023 eine Reduzierung der Emissionen um 22 % über sechs Crackereinheiten hinweg durch schrittweise Maßnahmen:

Die Investitionskosten von 740 Mio. USD brachten jährliche Einsparungen von 210 Mio. USD bei vermiedenen CO2-Gebühren und Produktivitätssteigerungen, wodurch die wirtschaftliche Begründung der Einhaltung unterstrichen wurde.

Strategische Integration von ESG und Compliance in Raffinerie-Prozessen

Anbieter, die sich am Markt behaupten möchten, verknüpfen ihre Strategien zur Emissionskontrolle mit ESG-Standards, bei denen die CO2-Intensität im Vordergrund steht. Laut den neuesten Empfehlungen des Energy Institute aus dem Jahr 2024 sollten Unternehmen die Echtzeit-Emissionsüberwachung direkt in ihre täglichen Betriebsbildschirme integrieren. Einige Unternehmen haben sogar begonnen, etwa ein Drittel der Boni der obersten Führungskräfte davon abhängig zu machen, wie gut die entsprechenden Dekarbonisierungsziele erreicht werden. Dieser Ansatz berücksichtigt das wichtigste Anliegen von Investoren im Bereich Umweltberichterstattung – allerdings gibt es noch eine weitere Perspektive. Unternehmen, die diese Praktiken jetzt übernehmen, sind besser aufgestellt, wenn die CO2-Preise weiter steigen, was viele Experten für die nächsten Jahre aufgrund verschärfter Regulierungen durch Regierungen bezüglich Treibhausgasen voraussagen.

Innovationen bei Niedrig-Emissions-Cracking-Prozessen und Katalysatortechnologien

Umweltfreundliche Cracking-Prozesse: Hydrocracking und Fortschritte bei FCC

Hydrocracking läuft heute etwa 15 bis 20 Prozent kühler als traditionelle Verfahren, typischerweise zwischen 300 und 400 Grad Celsius. Dieser Temperaturrückgang bedeutet insgesamt einen geringeren Energiebedarf, ermöglicht aber dennoch hohe Produktionsniveaus. Auch bei Fluid Catalytic Cracking-Anlagen gab es kürzlich Verbesserungen, wobei neue Regenerator-Designs die Verbrennung wesentlich effizienter machen. Diese Veränderungen helfen dabei, die Kohlendioxidemissionen pro Verarbeitungszyklus um etwa 12 bis 18 Prozent zu reduzieren. Bei Katalysatoren zeigen Silika-Alumina-Versionen ebenfalls großes Potenzial. Sie steigern die Umwandlungsrate von Kohlenwasserstoffen um etwa 25 % gegenüber früheren Möglichkeiten, wie Forschungen von Mizuno und Kollegen aus dem Jahr 2023 belegen. Solche Fortschritte erleichtern es Raffinerien, den Anforderungen des Emissionshandelssystems der Europäischen Union gerecht zu werden.

Next-Generation-Katalysatoren zur Reduzierung von CO− im Cracking-Ölsystem

Katalysator-Innovationen sind entscheidend für die Dekarbonisierung. Nanoporous Zeolithe, dotiert mit Seltenen Erden, erhöhen die Crackeffizienz und ermöglichen 30–40 % schnellere Reaktionskinetik. Selektive Katalysatoren zielen heute verstärkt auf die Olefinproduktion ab, während sie die Kokenbildung – eine wesentliche Quelle direkter Emissionen – minimieren. Dadurch wird eine Produktselektivität von 10–15 % gesteigert und der Bedarf an Nachverarbeitung sowie die damit verbundenen Energieverluste reduziert.

Fallstudie: Selektive Katalysatoren mit 18–22 % geringerer CO−-Ausstoßmenge

Ende 2023 führte eine Raffinerie in der Nähe von Hamburg Tests mit kobaltmodifizierten FCC-Katalysatoren direkt in ihrer tatsächlichen Produktionsumgebung durch. Nach etwa einem halben Jahr stellten sie fest, dass die CO2-Emissionen um 18 bis 22 Prozent gesunken waren, verglichen mit den Werten, die sie mit herkömmlichen Katalysatoren erzielten. Das Beste daran? Die Dieselproduktion blieb währenddessen unverändert. Das, was geschah, war, dass diese neuen Katalysatoren das Metall gleichmäßiger auf den Oberflächen verteilten, wodurch die Wasserstoff-Transfer-Reaktionen effektiver arbeiteten. Auch weniger Treibstoffgas ging letztendlich verloren. Insgesamt bedeutete dies eine jährliche Ersparnis von rund 2,7 Millionen Euro, allein dadurch, dass weniger EU-Kohlenstoffzertifikate gekauft werden mussten. Damit ist bewiesen, dass Umweltfreundlichkeit nicht immer mit höheren Kosten einhergehen muss.

Integration der CO2-Abscheidung und -Speicherung in Ölcrack-Systeme

CCUS-Technologien in Raffinerien: Anwendung in Crack-Anlagen

CCUS-Systeme spielen bei der Reduzierung von CO₂-Emissionen aus Ölraffinerien eine wichtige Rolle, insbesondere bei den Crackereinheiten. Grundsätzlich werden die Emissionen direkt dort erfasst, wo sie entstehen, in eine transportierbare Form gebracht und anschließend an Stätten wie tief liegende unterirdische Salzwasserreservoirs zur Langzeitlagerung transportiert. Dem Klimawechselausschuss des Vereinigten Königreichs zufolge könnte, falls die Industrie ernsthaft mit der Implementierung der CCUS-Technologie beginnt, bis 2035 etwa die Hälfte aller Raffinerie-Emissionen verschwinden. Um dies in die richtige Perspektive zu rücken: Crackereinheiten wandeln diese dicken, schweren Kohlenwasserstoffe in leichtere Kraftstoffe um, die letztendlich von den Verbrauchern gekauft werden. Gerade diese Bereiche der Raffinerien tragen zwischen 15 % und 25 % zur gesamten CO₂-Bilanz bei, weshalb sie bei Unternehmen hoch im Kurs stehen, wenn es darum geht, ihre Anlagen mit CO₂-Abscheidungslösungen nachzurüsten.

CCS-Lösungen speziell für Fluid Catalytic Cracking (FCC)-Einheiten

Fluidkatalytische Crackeinheiten (FCC), die schweres Gasöl in nutzbaren Benzinkraftstoff umwandeln, beginnen zunehmend, Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) einzubinden, die speziell für diese hochtemperatur- und katalysatorgetriebenen Prozesse entwickelt wurden. Die neueste Generation von Amin-basierten Lösungsmitteln kann tatsächlich etwa 90 bis 95 Prozent der CO2-Emissionen abfangen, ohne zu viel zusätzliche Energie aus dem System zu entziehen. Laut einer kürzlich von Inspenet im Jahr 2024 veröffentlichten Studie reduziert die Integration von CCS in FCC-Prozesse die Gesamtemissionen um rund 18 bis 22 Tonnen pro Stunde. Zudem beobachten wir, dass hybride Systeme in jüngster Zeit immer beliebter werden, bei denen Post-Combustion-Capture-Verfahren mit Oxyfuel-Verbrennungstechniken kombiniert werden. Solche gemischten Ansätze erweisen sich als besonders effektiv in Regionen, in denen der Preis für Kohlenstoff bereits über 80 US-Dollar pro Tonne gestiegen ist, wodurch Investitionen für Betreiber von Anlagen wirtschaftlich attraktiver werden, die ihren ökologischen Fußabdruck reduzieren möchten.

Kosten und Nachhaltigkeit bei der Einführung von CCS in Einklang bringen

CCS hat definitiv ökologische Vorteile, doch die breite Einführung hängt davon ab, die Kosten zu senken und unterstützende politische Rahmenbedingungen zu schaffen. Derzeit erhöht CCS die Kosten um rund 12 bis 18 US-Dollar pro Barrel raffiniertem Öl, wobei der Großteil dieser Ausgaben auf den Bau von Speicheranlagen und Transportnetzen zurückgeht. Die gute Nachricht ist, dass es bereits einige vielversprechende Entwicklungen gibt. Modulare Abscheidungssysteme und gemeinsame CO2-Pipeline-Netze senken in vielen Fällen bereits die erforderlichen Investitionskosten um etwa 30 bis 40 Prozent. Betrachtet man die CCS-Strategie der britischen Regierung aus dem Jahr 2024, wird darauf hingewiesen, dass Kombinationen aus finanziellen Anreizen wie dem Steuerrabatt von 85 US-Dollar pro Tonne und großskaligen Wasserstoffproduktionsvorhaben dazu führen könnten, dass CCS-Projekte in Raffinerien bereits ab 2027 wirtschaftlich sinnvoll werden könnten.

Digitalisierung und KI zur Emissionsoptimierung in Crack-Prozessen

KI-gestützte Prozessoptimierung in Ölcrack-Systemen

Moderne Maschinenlernsysteme analysieren heutzutage diverse Daten aus Ölraffinerie-Prozessen. Sie überwachen beispielsweise, welche Art von Ausgangsmaterial verwendet wird, wie sich die Temperaturen im Zeitverlauf verändern und wie effizient die Katalysatoren arbeiten, bevor sie Echtzeit-Anpassungen vornehmen. Sehr intelligente Algorithmen können sogar vorhersagen, wann die optimalen Zeiten für Crack-Prozesse sind, in der Regel etwa ein bis zwei Tage im Voraus. Dies hilft, Energieverschwendung zu reduzieren, wenn zwischen verschiedenen Prozessen gewechselt wird. Laut jüngsten Erkenntnissen der Internationalen Energieagentur können Anlagen, die KI für ihre Crack-Einheiten einsetzen, typischerweise etwa 12 bis sogar 18 Prozent an Energiekosten sparen, verglichen mit älteren Methoden, bei denen alles manuell durch Menschen gesteuert werden musste. Das ist eine beträchtliche Differenz, insbesondere vor dem Hintergrund der aktuell hohen Energiekosten.

Automatisierung und Echtzeit-Überwachung zur Energieeffizienz

Fluidkatalytische Crackeinheiten sind heute mit IoT-Sensoren ausgestattet, die Kohlendioxidwerte, Wärmeverteilungsmuster und die Leistung der Katalysatoren überwachen. Diese intelligenten Systeme passen automatisch Parameter wie das Verhältnis von Luft und Brennstoff, den Zeitpunkt der Dampfinjektion sowie die Temperatur, bei der die Reaktoren während laufender Betriebsvorgänge arbeiten, an. Eine Forschungsstudie aus dem vergangenen Jahr zur Emissionskontrolle mithilfe von Sensoren zeigte etwas ziemlich Beeindruckendes: diese kleinen Anpassungen können Treibhausgasemissionen, die während des Raffinerieprozesses entstehen, um etwa zwanzig Prozent reduzieren. Für Raffinerien, die Umweltstandards erfüllen müssen, ohne Einbußen bei der Produktion hinzunehmen, macht diese Art der Echtzeitüberwachung den entscheidenden Unterschied.

Fallstudie: KI-optimierte FCC-Anlagen reduzieren den Energieverbrauch um 15 %

Eine europäische Raffinerie setzte vor Kurzem auf KI-gestützte prädikative Steuerungen für ihre FCC-Anlage, mit besonderem Fokus auf die energieintensiven Regenerationszyklen. Die Machine-Learning-Systeme ermittelten die optimalen Einstellungen für die Brenner und die erforderliche Zirkulationsgeschwindigkeit der Katalysatoren, basierend auf dem jeweils aktuellen Rohstoffzulauf. Nach etwa 18 Monaten Betrieb mit dieser Konfiguration verzeichnete man einen deutlichen Rückgang des Erdgasverbrauchs um rund 15 %, was einer Reduktion von etwa 3,2 MMBtu pro verarbeitetem Barrel entspricht. Noch dazu gelang es, die Crackausbeute konstant auf einem hervorragenden Niveau von 99,2 % zu halten. Diese Erfolgsgeschichte zeigt, dass ähnliche Ansätze auch im großen Maßstab gut funktionieren können, insbesondere in größeren Anlagen, die mehr als 200.000 Barrel pro Tag verarbeiten, ohne Einbußen bei den Leistungsstandards hinnehmen zu müssen.

Häufig gestellte Fragen

Welche sind die wesentlichen Treiber hinter dem regulatorischen Vorstoß für emissionsarme Crack-Ölsysteme?

Strenge Vorschriften zu Kohlenstoff und Emissionen, wie das EU-Emissionshandelssystem und Euro VI, zwingen Raffinerien, Systeme mit niedrigen Emissionen einzuführen, um Strafen zu vermeiden und die Einhaltung zu gewährleisten.

Wie wirken sich Ölspaltsysteme auf den CO2-Fußabdruck einer Raffinerie aus?

Spaltsysteme, insbesondere Fluid Catalytic Cracking (FCC)-Anlagen, tragen erheblich zum CO2-Fußabdruck einer Raffinerie bei, aufgrund ihres hohen Energiebedarfs und der Katalysator-Regenerationszyklen.

Welche Technologien können Raffinerien einsetzen, um Emissionen zu reduzieren?

Raffinerien können Abwärmerückgewinnungssysteme einsetzen, auf aus Biomasse gewonnene Rohstoffe umsteigen und CCUS sowie KI-gesteuerte Optimierungen einführen, um Emissionen effektiv zu reduzieren.

Wie können Raffinerien beim Einsatz von CCS-Technologien Kosten und Nachhaltigkeit in Einklang bringen?

Finanzielle Anreize, modulare Abscheidungssysteme und gemeinsame CO2-Pipeline-Netze können Raffinerien dabei helfen, Kosten und Nachhaltigkeit in Einklang zu bringen und die Einführung von CCS-Technologien realistischer zu gestalten.