Das transformative Potenzial des Nichts

Bewehrungsstäbe aus glasfaserverstärktem Polymer (GFRP) wurden beim Bau des 14,2 Meilen langen Hochwasserschutzkanals von Aramco in Jazan, Saudi-Arabien, verwendet. Foto mit freundlicher Genehmigung von Saudi Aramco

Auf der ganzen Welt suchen Forscher und Materialwissenschaftler nach Antworten auf eine Schlüsselfrage: Wie kann man die Umweltleistung wichtiger Branchen wie dem Baugewerbe verbessern und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit aufrechterhalten? Es ist klar, dass zur Unterstützung internationaler Nachhaltigkeitsziele neue Ansätze erforderlich sind – von der Energie, die wir verbrauchen, bis hin zu den Gebäuden, die wir bauen, aber alle Lösungen müssen realistisch sein, wenn sie eine Chance auf Erfolg haben sollen. Dies ist der Gedanke hinter bahnbrechenden Arbeiten, die derzeit in der Materialwissenschaft durchgeführt werden. Im Laufe der Geschichte hat die Fähigkeit der Menschheit, mit neuen Materialien zu arbeiten und diese zu erschaffen, den gesellschaftlichen Fortschritt vorangetrieben. Nun haben neue Fortschritte bei Materialien auf petrochemischer Basis das Potenzial, die Landschaft des Infrastrukturbetriebs weiter zu verändern. Nach Angaben des Weltwirtschaftsforums sind bei Neubauprojekten vermutlich mehr als 50 % der Emissionen mit Bauaktivitäten verbunden. Der World Business Council for Sustainable Development (WBCSD) sagt, dass die Bauemissionen bis 2030 um die Hälfte und bis 2050 auf Netto-Null reduziert werden müssen, um die Ziele des Pariser Klimaabkommens von 2015 zu erreichen. Ein möglicher Weg, diese Herausforderung anzugehen, ist die Verwendung von kohlenstoffärmeren Materialien im Bauprozess. Aus diesem Grund strebt Aramco Partnerschaften mit wichtigen Akteuren an – unter anderem in den USA und China – mit dem Ziel, die Entwicklung und den Einsatz innovativer nichtmetallischer Werkstoffe zu unterstützen Bauprodukte, die eine geringere Umweltbelastung haben könnten als herkömmliche Materialien. Die mit Aramco verbundenen nichtmetallischen Exzellenz- und Innovationszentren NEX-USA und NEXCEL-China arbeiten daran, die Verwendung nichtmetallischer Materialien im Bausektor weiter voranzutreiben. Wie der Name schon sagt, umfassen nichtmetallische Materialien synthetische oder natürliche Materialien, die kein Metall enthalten. Unser Fokus bei Aramco liegt auf Materialien aus Kohlenwasserstoffen, die für den Bausektor langlebig sind, nicht korrodieren und ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweisen. Sie bieten isolierende und schalldämmende Eigenschaften, aber was vielleicht noch wichtiger ist: Beim Herstellungsprozess werden weniger Emissionen freigesetzt als bei herkömmlichen Baumaterialien wie Stahl und Beton. Die Information Technology and Innovation Foundation hat herausgefunden, dass die Wertschöpfungskette von Polyvinylchlorid (PVC) – einem Kunststoffmaterial, das im Baugewerbe, in Automobilen, für medizinische Produkte und in anderen Sektoren verwendet wird – die CO2-Emissionen in den USA bis 2050 um 80 bis 90 Prozent reduzieren könnte , mit angemessener politischer Unterstützung und dem Einsatz neuer Technologien. Wir glauben, dass ein ähnlicher Ansatz in den Wertschöpfungsketten anderer nichtmetallischer Produkte untersucht und umgesetzt werden sollte. Um die Möglichkeiten zu demonstrieren, wurde Bewehrungsstahl aus glasfaserverstärktem Polymer (GFRP) beim Bau des 14,2 Meilen langen Hochwasserschutzkanals von Aramco in Jazan, Saudi-Arabien – dem größten GFRP-Bewehrungsstahlprojekt der Welt – verwendet. Das Potenzial geht über den Bau hinaus. In den letzten Jahren hat die Öl- und Gasindustrie nichtmetallische Materialien für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt – vor allem in vorgelagerten Pipelines. Das eigene Pipeline- und Rohrleitungsnetz von Aramco umfasst mittlerweile mehr als 7.456 Meilen nichtmetallischer Rohre, darunter Rohre aus verstärktem thermoplastischem Kunststoff (RTP) und Rohre aus verstärktem duroplastischem Harz (RTR), die wir für den Transport von Wasser, Öl und Gas verwenden. Künftig könnten sie möglicherweise zum Transport von Wasserstoff eingesetzt werden. RTP- und RTR-Pipelines sind nicht nur weniger kohlenstoffintensiv als Stahl, sie sind auch korrosionsbeständig – etwas, das die Weltwirtschaft jedes Jahr schätzungsweise 2,5 Billionen US-Dollar kostet. Es lässt sich viel schneller verlegen als Stahl; verringert das Risiko von Undichtigkeiten; und ist einfacher zu pflegen. Die Khurais RTP-Flowline, eine Arbeit, die mit einer Stahlpipeline 70 Tage gedauert hätte, wurde in weniger als zwei Tagen fertiggestellt. Betrachtet man die Gesamtbetriebskosten über einen Zeitraum von 20 Jahren, sind RTP-Rohre dreimal kostengünstiger als Kohlenstoffstahl (NPV). Wir sind nicht die Einzigen, die die Vorteile erkennen, und durch unsere Zusammenarbeit möchten wir das Tempo des Wandels beschleunigen – sowohl in der Bereitstellung als auch in der Forschung. Doch damit ein neues Produkt von Unternehmen angenommen wird, muss es zunächst Vertrauen gewinnen und hohe Erwartungen erfüllen. Aus diesem Grund hat die International Association of Oil and Gas Producers (IOGP) ein nichtmetallisches Netzwerk gegründet, zu dem auch Aramco gehört, um die Entwicklung von Standards und Richtlinien zu unterstützen und Benchmarking zwischen Energiebetreibern durchzuführen.Neue Märkte erschließen Zu den langfristigen Zielen des Netzwerks gehört es, die Wachstumschancen nichtmetallischer Werkstoffe zu erschließen, die weltweit vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bieten. Da nichtmetallische fortschrittliche Polymerwerkstoffe gegenüber metallischen Werkstoffen mehrere Vorteile bieten, geht ihr Potenzial über den Öl- und Gassektor sowie den Bausektor hinaus. Tatsächlich gehen wir davon aus, dass die Nachfrage aus den Bereichen Verpackung, Automobil und erneuerbare Energien erheblich zunehmen wird. Wenn beispielsweise die Kosten für Kohlefaser – das Material, aus dem alles von Formel-1-Autos bis hin zu Golfschlägern gebaut wird – gesenkt werden können, könnte dies einen umfassenden Wandel anstoßen. Kohlenstofffasern sind unglaublich leicht und dennoch stark und könnten für eine Vielzahl kommerzieller Anwendungen geeignet sein, von Verbundrohren in rauen Umgebungen bis hin zu Rotorblättern von Windkraftanlagen. Wir ermutigen daher globale Unternehmen, einen fortschrittlichen Ansatz zu verfolgen, während wir daran arbeiten, das Potenzial dieses spannenden Bereichs der Materialwissenschaften zu erschließen.

Khalid Al Qahtani ist Chefingenieur und Vorsitzender des Corporate Innovation Board von Saudi Aramco

Khalid Y. Al Qahtani ist Chefingenieur bei Saudi Aramco. Er trat dem Unternehmen im Jahr 1999 bei. Im Laufe seiner Karriere hatte er verschiedene Führungspositionen in den Geschäftsbereichen Upstream, Downstream und technische Dienstleistungen inne.