Allgemein

Life Cycle Assessment (LCA) einer typischen Kohlenwasserstoffverbindung (C₈H₁₈ – Oktan) in der Öl- und Gasindustrie

Veröffentlicht von dmelesse on

Diese Analyse betrachtet den Lebenszyklus von Oktan (C₈H₁₈) als repräsentativen Kohlenwasserstoff in der Öl- und Gasindustrie – von der Förderung (Upstream) über Transport (Midstream) bis zur Nutzung (Downstream).

1. Upstream: Förderung & Produktion

Chemische Prozesse & Emissionen

  • Förderung von Rohöl:
    • Hauptbestandteile: Gemisch aus Alkanen (CₙH₂ₙ₊₂), Cycloalkanen, Aromaten.
    • Begleitgase (CH₄, CO₂) entweichen oft (Methanschlupf).
  • Trennprozess (Destillation):
    • Rohöl → Leichtöl (C₅–C₁₀, z. B. Oktan), Schweröl (C₂₀+).
    • Energieaufwand: Erdgasverbrennung → CO₂-Emissionen.

CO₂-Bilanz (pro kg Oktan):

  • ~0,5–1 kg CO₂-Äquivalent (durch Energieverbrauch, Methanemissionen).

2. Midstream: Transport & Aufbereitung

Chemische Prozesse & Emissionen

  • Pipeline-Transport:
    • Energie für Pumpen → CO₂ (CH₄-Leckagen möglich).
  • Raffination (Cracken, Reformieren):
    • Catalytic Cracking: C₁₆H₃₄ → 2 C₈H₁₈ (Oktan) + Nebenprodukte.
    • Hydrotreating: Entschwefelung (H₂ + S → H₂S).

CO₂-Bilanz (pro kg Oktan):

  • ~0,3–0,6 kg CO₂-Äquivalent (Transport, Raffinerieprozesse).

3. Downstream: Nutzung & Verbrennung

Chemische Reaktion (Verbrennung von Oktan)

2 C8H18+25 O2→16 CO2+18 H2O2 C8​H18​+25 O2​→16 CO2​+18 H2​O

  • Stöchiometrisch: 1 kg Oktan → 3,09 kg CO₂.
  • Real: Ineffizienzen (unvollständige Verbrennung, NOₓ-Bildung) → ~3,2 kg CO₂-Äquivalent/kg Oktan.

4. Gesamt-CO₂-Bilanz (Well-to-Wheel)

PhaseCO₂-Äquivalent (kg pro kg Oktan)
Upstream (Förderung)0,5–1,0
Midstream (Transport & Raffination)0,3–0,6
Downstream (Verbrennung)3,09–3,2
Gesamt~3,9–4,8 kg CO₂/kg Oktan

5. Maßnahmen zur CO₂-Reduktion im Lebenszyklus

a) Upstream & Midstream

  • Carbon Capture & Storage (CCS):
    • CO₂ aus Raffinerieabgasen (z. B. Aminwäsche) abscheiden und speichern.
  • Methanleckagen minimieren:
    • Doppelter COBRA-Seal an Pumpen/Compressoren.
  • Elektrische Prozesse:
    • Erneuerbare Energie für Förderpumpen & Raffinerien.

b) Downstream (Nutzung)

  • Katalytische Abgasreinigung (SCR, katalytischer Stripper):
    • Reduziert NOₓ & CO bei der Verbrennung.
  • Kraftstoffoptimierung:
    • Beimischung von Biokraftstoffen (z. B. Ethanol C₂H₅OH).
  • Stoffliche Nutzung statt Verbrennung:
    • Oktan → Grundstoff für Kunststoffe (Polyethylen) oder Wasserstoff (Dampfreformierung).

6. Alternative Nutzung von Kohlenwasserstoffen (Circular Economy)

Statt Verbrennung können Kohlenwasserstoffe stofflich genutzt werden:

  • Pyrolyse von Schweröl:
    • C₈H₁₈ → Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) + H₂.
  • Kunststoffsynthese:
    • Ethylen (C₂H₄) → Polyethylen (Kreislaufwirtschaft).
  • Wasserstoffproduktion:
    • Dampfreformierung: C₈H₁₈ + 16 H₂O → 8 CO₂ + 25 H₂ (mit CCS → „Blue Hydrogen“).

Fazit: Life Cycle Assessment von Oktan (C₈H₁₈)

  • Haupt-CO₂-Quelle: Verbrennung (~80% der Emissionen).
  • Reduktionspotential:
    • CCS, Elektrifizierung, Leckageminderung in Upstream/Midstream.
    • Katalytische Reinigung, Biokraftstoffe, stoffliche Nutzung im Downstream.
  • Kreislaufwirtschaft: Kohlenwasserstoffe als Rohstoff für Chemie/Wasserstoff nutzen, statt sie zu verbrennen.

Diese Analyse zeigt, dass die Öl- und Gasindustrie durch technologische Maßnahmen ihren CO₂-Fußabdruck deutlich verringern kann.