Life Cycle Optimization towards Environmentally and Economically Sustainable Chemicals and Plastics

Die chemische Industrie ist wichtig für die Gesellschaft, da sie Materialien für viele Produkte herstellt, die nach modernen Standards unverzichtbar sind. Jedoch führt die Abhängigkeit der Chemieindustrie von fossilen Ressourcen zu erheblichen Treibhausgasemissionen (THG). Zur Verringerung von THG-Emissionen können zirkuläre Technologien eingesetzt werden, wie Biomassenutzung, CO2-Abscheidung und -nutzung und Recycling von Kunststoffabfällen. Die übermäßige Nutzung von Biomasse und Elektrizität belastet jedoch andere Umweltkategorien und kann die ökologische Nachhaltigkeit ihrerseits gefährden. Zudem stellen die potentiell höheren Kosten der Kreislauftechnologien sowie kurzsichtige Investitionsentscheidungen Herausforderungen für die Wettbewerbsfähigkeit und die langfristige Wirtschaftlichkeit der Branche dar.

Auf Grund dieser Herausforderungen untersucht die vorliegende Dissertation die Nachhaltigkeit der chemischen Industrie auf Basis einer gemeinsamen Bewertung von THG-Emissionen, ökonomischen Aspekten und weiteren Umweltaspekten. Zu diesem Zweck analysiert die Arbeit die Kapitalintensität und die notwendige CO2-Bepreisung kostenoptimaler Transitionspfade zu einer chemischen Industrie mit Netto-Null THG-Emissionen. Zusätzlich wird der Einfluss kurzsichtiger Investitionsentscheidungen auf Kosten und THG-Emissionen untersucht, um die Risiken für das Erreichen der Nachhaltigkeit aufzuzeigen. Abschließend werden planetare Umweltwirkungen berechnet, um die gesamt-ökologische Nachhaltigkeit auf globaler Ebene zu bewerten.

Die Dissertation zeigt, dass das Erreichen von Netto-Null THG-Emissionen einen erhöhten Kapitalaufwand (36-51%) erfordert. Dennoch sind die Transitionspfade bei einer CO2-Bepreisung zwischen 190 und 370USD/tCO2eq kostenoptimal. Für die Transition ist eine langfristige Investitionsplanung entscheidend, um Lock-ins und Stranded Assets zu vermeiden, welche nicht nachhaltig sind. In technologischer Hinsicht ist Recycling der Schlüssel zur wirtschaftlichen und ökologischen Nachhaltigkeit, da es die THG-Emissionen verringert und gleichzeitig wirtschaftliche Risiken auf Grund von schwankenden Energiepreisen mindert. Insgesamt erfordert der Übergang zu wirtschaftlicher und ökologischer Nachhaltigkeit kontinuierliche kohlenstoffarme Investitionen, höhere Recyclingquoten (min 72 %) und -effizienzen (95%) sowie möglicherweise ein kritisches Hinterfragen des schnell steigenden Konsumniveaus.