Direct Air Capture and Storage CO2 aus der Luft schnappen – aber wie? Direct Air Capture im Technologie-Check

Anbieter zum Thema

Forschungszentrum Jülich GmbH

WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG

Endress+Hauser (Deutschland) GmbH+Co. KG

GIG Karasek GmbH

Emissionen vermeiden – das ist ein wichtiges Standbein des Klimaabkommens. Doch wird dies allein nicht reichen. Für Netto-Null-Emissionen müssen wir aktiv CO₂ aus der Luft entfernen. Wie sich Direct-Air-Capture-Technologien dabei schlagen, untersucht ein Projekt unter Leitung des Forschungszentrums Jülich.

Das Einsparen von Kohlendioxid und die Umgestaltung des Energiesystems hat Priorität für den Klimaschutz. Doch diese Maßnahmen – wie sie im deutschen Klimaschutzgesetz festgelegt sind – reichen nicht aus. Mittlerweile ist klar: Ohne die direkte Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre werden weder das 1,5- noch das 2-Grad-Ziel zu halten sein. So zeigen die jüngsten Analysen des Weltklimarats (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), dass Treibhausgasneutralität nur mit so genannten negativen Emissionen zu erreichen ist.

Hinzu kommt: Einige CO₂-Emissionen sind nur sehr kostspielig zu reduzieren, beispielsweise in der Chemieindustrie oder im Flugverkehr. „Die aktive technische Abscheidung von CO₂ aus der Atmosphäre und permanente geologische Speicherung wird voraussichtlich schon ab 2035 eine kosteneffektive Option, um diese verbleibenden Emissionen auszugleichen. Dies geht aus wissenschaftlichen Analysen hervor, die wir erstellt haben“, erklärt Prof. Dr. Detlef Stolten vom Forschungszentrum Jülich. Er ist Sprecher im Helmholtz-Forschungsprojekt Dacstore, das vom Forschungszentrum Jülich koordiniert wird.

Was kostet das CO₂-Entfernen aus der Luft?

Im Jahr 2045 müssen in Deutschland rund 53 Millionen Tonnen CO₂ aus der Atmosphäre entfernt werden, wie Analysen der Jülicher Forscher zeigen. Dafür könnte sich das so genannte Direct Air Capture and Storage (DACS) eignen Die Abscheidekosten von adsorptionsbasierten DAC-Anlagen liegen dann im Durchschnitt voraussichtlich bei etwa 290 Euro pro Tonne CO₂. Die niedrigsten Kosten im Jahr 2045 sind mit 235 Euro pro Tonne in Norddeutschland zu erwarten, wo besonders viel Windstrom produziert wird und sich auch geeignete CO₂-Speicherstätten befinden. „Die Abscheidung von CO₂ aus der Luft wäre damit kostengünstiger als die Vermeidung von Emissionen in schwer dekarbonisierbaren Bereichen wie beispielsweise der chemischen Industrie“, sagt der wissenschaftliche Koordinator von Dacstore Thomas Schöb aus dem Institut Jülicher Systemanalyse.

Pumpen und Verdichter

Abgesaugt und eingepresst: Pumpen und Fluidik für Carbon-Capture

Wie viel CO₂ ließe sich überhaupt in Deutschland speichern?

Geeignete geologische Speicher für abgeschiedenes CO2 in Deutschland sind beispielsweise ausgeförderte Erdgaslagerstätten oder salzwasserführende Gesteinsschichten, so genannte saline Aquifere. Gemäß Abschätzungen der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe bieten diese beiden Optionen ein Potenzial, um etwa zwölf Milliarden Tonnen CO₂ aufzunehmen. Dies würde rein rechnerisch reichen, um 20 Jahre lang die kompletten Kohlendioxid-Emissionen von Deutschland aufzunehmen (600 Mio. t im Jahr 2023, laut Umweltbundesamt).

„Zur Bestimmung der am besten geeigneten CO₂-Speicherstandorte werden verschiedene geologische, ökonomische und umweltbezogene Parameter berücksichtigt. Zudem wird anschließend eine Infrastrukturanalyse für den CO₂ Transport durchgeführt, die auch eine Risikobewertung beinhaltet“, erklärt Dr. Cornelia Schmidt-Hattenberger vom Geoforschungszentrum Potsdam.

Demonstrator zeigt, was kleine Lüftungsanlagen bewirken könnten

Zur CO₂-Abscheidung könnten Lüftungsanlagen in größeren Gebäuden zukünftig mit DAC-Anlagen erweitert werden. Dieser Ansatz verteilter DAC-Anlagen hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Flächen für neue Industrieanlagen benötigt werden und die Anlagen in die gebaute Infrastruktur integriert werden können. „Bei Umsetzung in 15 Prozent aller Bürogebäuden mit einer Nutzfläche über 2.500 m² könnten so 15 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr aus der Atmosphäre entfernt werden“, erklärt Prof. Dr. Roland Dittmeyer vom Karlsruhe Institut für Technologie (KIT). Am Institut für Mikroverfahrenstechnik des KIT wird derzeit ein Demonstrator aufgebaut, um Daten für einen optimalen Entwurf und Betrieb solcher Systeme zu gewinnen.

PROCESS-Spezial GreenTEC

Wird Grün die neue Lieblingsfarbe der Prozessindustrie?

Die drei Haupt-Technologien für Direct Air Capture

Regionale und klimatische Unterschiede erfordern unterschiedliche Ansätze. „Ziel von Dacstore ist die Entwicklung von DAC-Technologien, die an verschiedenen Standorten auf der ganzen Welt eingesetzt werden können“, erläutert Dr. Prokopios Georgopanos vom Helmholtz-Zentrum Hereon. Die Forschung der Kooperationspartner konzentriert sich auf drei Technologien und die Verringerung des Energieverbrauchs sowie der Skalierbarkeit der zugrunde liegenden Verfahren.

Für den klassischen Adsorptionsansatz werden hochporöse Partikel hergestellt, während der Membran-Adsorptionsansatz die Membrantechnologie und Adsorberpartikel kombiniert. Getestet werden diese Ansätze zusammen mit der so genannten Electro-Swing Adsorption, die nur elektrische Energie zur Regeneration der Filtermaterialen benötigt bei verschiedenen Klimaparametern wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

Rechtliche Anforderungen in Deutschland

Einfach zu realisieren ist eine DACS-Strategie aber nicht. „Politisch und rechtlich ist es wichtig, die technikbasierte CO₂-Entnahme von anderen klimapolitischen Maßnahmen abzugrenzen“, betont Dr. Till Markus vom Helmholtz Zentrum für Umweltforschung Leipzig. Insbesondere müsse klar zwischen der CO₂-Abscheidung an fossilen Kraftwerken oder bei Industrieprozessen und der direkten Entnahme von CO₂ aus der Atmosphäre unterschieden werden, da nur letztere in Verbindung mit permanenter Speicherung negative Emissionen bereitstelle, erläutert der Experte.

Das Recht muss so weiterentwickelt werden, dass es die effektive, effiziente und ökologisch nachhaltige Entwicklung und Anwendung von DACS unterstützt. Hierzu zählt auch, dass es den inländischen und grenzüberschreitenden Ausbau von CO₂-Transportnetzen sowie die umfangreiche Speicherung von CO₂ ermöglicht.

So viel investiert die chemisch-pharmazeutische Industrie in Umweltschutz

Bildergalerie mit 8 Bildern

Das Forschungsprojekt Dacstore

Sechs Helmholtz-Zentren forschen in Kooperation mit der TU Berlin an technischen Lösungen zur CO₂-Abscheidung aus der Luft und Speicherung in geologischen Formationen. Der Titel des Projektes ist Dacstore: A Comprehensive Approach to Harnessing the Innovation Potential of Direct Air Capture and Storage for Reaching CO₂-Neutrality. Ziel ist es, einen sozial, ökologisch und ökonomisch nachhaltigen Hochlauf dieser Technologie weltweit zu unterstützen. Mit ihr können nicht-vermeidbare Emissionen von Treibhausgasen durch die Bereitstellung von negativen Emissionen ausgeglichen werden. Der Zusammenschluss aus Forschern berät Industrie, Politik und Gesellschaft außerdem mit Fachwissen über diese neue Technologie.

Informationen zum Projekt:

www.dacstore-project.com

Dieser Beitrag erschien zuerst bei unserer Schwestermake: LABORPRAXIS

(ID:50043731)