Allgegenwärtige Macher-Bewegung

Erderwärmung: Riesige CO2-Sauger sollen den Klimawandel stoppen

Die Eiskappen an Nord- und Südpol schmelzen, ganze Inseln drohen, im Meer zu verschwinden und die Ernteerträge könnten aufgrund von Wasserknappheit in einigen Ländern bereits bis 2020 um die Hälfte sinken. Wenn der Klimawandel in den nächsten Jahren nicht gebremst wird, verändert sich unser Leben auf dem Planeten bald grundlegend. Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken, entwickeln Wissenschaftler und Ingenieure seit einigen Jahren ein Verfahren, um das schädliche Kohlenstoffdioxid mithilfe riesiger „Staubsauger“ aus der Atmosphäre zu entfernen.

Die CO2-Emissionen dauerhaft zu reduzieren, stellt eine der größten gesellschaftlichen Herausforderungen der kommenden Jahrzehnte dar. Spätestens ab 2030 müsste der globale Ausstoß laut den Vereinten Nationen zum ersten Mal sinken, wenn die Erderwärmung bis Ende des Jahrhunderts unter zwei Grad Celsius gehalten werden soll. Zu diesem Ziel verpflichteten sich bei der letztjährigen Klimakonferenz  COP21 in Paris 195 Staaten – Experten bezweifeln allerdings, dass es erreicht werden kann. Denn allein mit Energiegewinnung aus umweltfreundlichen Quellen ist es nicht getan. Industrie, Verkehr und Landwirtschaft stoßen zusammen weit mehr schädliches Gas aus als der Energiesektor.

Hightech-Bäume und CO2-Staubsauger

Die Methoden stellten sich als unrentabel heraus

Aus diesem Grund erforschen seit Mitte der 2000er-Jahre einige Wissenschaftler und Unternehmen Möglichkeiten, mit denen sich die Sättigung des Treibhausgases in der Atmosphäre verringern lässt. 2011 präsentierte Klaus Lackner, Pionier auf dem Gebiet dieser sogenannten Direct-Air-Capture-Technologie (DAC), die Idee künstlicher Bäume, die weit mehr CO2 als ihre natürlichen Pendants aus der Luft filtern. Doch die Methode stellte sich als unrentabel heraus, da die gesammelte Menge des Gases im Vergleich zur benötigten Energie und den Kosten für Herstellung und Betrieb viel zu gering waren.

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Dennoch legten Lackner und eine Handvoll Unternehmen die Air-Capture-Idee nicht ad acta, sondern entwickelten das Verfahren kontinuierlich weiter. In der Nähe des Schweizerischen Rapperswil am Zürichsee soll nun Mitte 2016 die erste Filteranlage der Climeworks AG in Betrieb gehen und 900 Tonnen CO2 pro Jahr aus der Luft ziehen. Um die Kosten-Nutzen-Rechnung zu optimieren, hat das Spin-off der ETH Zürich ein besonders effizientes Filtermaterial entwickelt. Die Kohlenstoffmoleküle werden dabei mithilfe eines Granulats aus Kaliumhydroxid chemisch gebunden und durch Erhitzen auf 100 Grad Celsius wieder abgetrennt, damit die Filter anschießend erneut verwendet werden können.

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Die benötigte Energie für die Ventilatoren, die die Luft ansaugen, soll dabei zu 90 Prozent aus Niedertemperaturwärme von der benachbarten Müllverwertungsanlage stammen. Das gewonnene CO2 wird an einen nahegelegenen Gärtnereibetrieb verkauft, wo es das Wachstum von Gewächshausgemüse beschleunigen soll. Die Entwicklung solcher Geschäftsmodelle, die am Beginn des Projekts noch fehlten, ist notwendig für die DAC-Technologie, da voraussichtlich nicht mit staatlichen Subventionen gerechnet werden kann. Die Anlagen müssen selbst Einnahmen generieren – und was liegt da näher, als das gesammelte Kohlendioxid zur verkäuflichen Ware zu machen, anstatt es nutzlos zu lagern.

Kohlenstoffdioxid als Rohstoff

Rentable Geschäftsmodelle müssen gefunden werden

Und genau darauf legt das Schweizerische Unternehmen seinen Fokus. “Unsere Technologie zielt in erster Linie darauf, unabhängig vom Standort reines Kohlendioxid zur Verfügung zu stellen. CO2 ist nämlich ein gefragter Rohstoff”, betont Dominique Kronenberg von Climeworks. Dieses kann aber nicht nur an Landwirtschaftsbetriebe verkauft werden oder der Lebensmittelindustrie für die Herstellung kohlesäurehaltiger Getränke dienen. Als vielversprechendste Weiterverwendung gilt aktuell die Herstellung eines neuartigen Treibstoffs, der auf Basis von Wasser und atmosphärischem CO2 gewonnen wird.

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Vorreiter in der Herstellung des synthetischen Dieselkraftstoffs ist das Start-up Sunfire, ein Partnerunternehmen der Climeworks AG. In dessen Dresdner Anlage wird mittels Strom Wasserstoff aus Wasser gewonnen und dieser mit dem Kohlendioxid zu einem Synthesegas weiterverarbeitet. Daraus wird in einem Power-to-Liquid-Verfahren (PtL) der sogenannte E-Diesel gewonnen, dessen Energiedichte jener gewöhnlichen Diesels entspricht.

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Der besondere Gewinn dieser Entwicklung liegt laut Climeworks darin, dass solche Kraftstoffe klimaneutral sind, da sie einen geschlossenen CO2-Kreislauf ermöglichen. Nachteil ist jedoch auch hier die hohe Energiemenge, die für den Prozess benötigt wird. Dass der E-Diesel dennoch eine erfolgversprechende Idee ist, davon zeugen die prominenten Unterstützer des Projektes, die von Audi und Lufthansa bis zu Bilfinger und Total reichen.

Nur ein Tropfen auf den heißen Stein?

Die Anlagen müssen um ein Vielfaches effizienter werden

Eine ähnliche Pilotanlage wie Climeworks betreibt die Firma Carbon Engineering in British Columbia. Das kanadische Start-up mit Sitz in Calgary will damit in Zukunft Kohlendioxid für unter 100 Dollar pro Tonne einfangen und das Air Capture-Verfahren somit wie seine Schweizer Kollegen in eine rentable Richtung bewegen. Auch Klaus Lackner hat seine Vision nicht aufgegeben und die Forschung am Center for Negative Carbon Emissions an der Arizona State University weiter vorangetrieben. Mit seinem Team entwickelte er in den letzten Jahren eine synthetische Membran aus einem Ionenaustauscherharz und Natriumcarbonat, die Kohlendioxid angeblich über tausendmal effizienter binden kann als Bäume.

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Lackners Berechnungen zufolge könnten damit bis zu 50 Prozent des CO2 aus der eingesaugten Luft gezogen werden. Um die derzeit jährlich ausgestoßenen knapp 36 Milliarden Tonnen aufzufangen, wären allerdings 100 Millionen dieser Filteranlagen notwendig – eine utopische Zahl. Das Air-Capture-Verfahren alleine wird also nicht in der Lage sein, den steigenden Treibhausgasausstoß zu stoppen. Vielmehr soll es eine von vielen Maßnahmen darstellen, die einen Beitrag zur Senkung der Emissionen leisten kann – sofern sie denn in Zukunft wirtschaftlich betrieben werden kann.

Immerhin würde durch die Verarbeitung zu klimaneutralem Treibstoff kein neues CO2 generiert, sondern das bereits vorhandene aus der Luft genutzt. Um die Netto-Emissionen jedoch bis 2030 auf null zu senken, sind weit größere Schritte nötig. Neben der allgemeinen Erhöhung der Energieeffizienz müssen vor allem in Industrieanlagen, im Verkehrssektor und in der Landwirtschaft zeitnah Lösungen gefunden werden, die den Kohlenstoffausstoß von Fabriken, Motoren sowie der Massentierhaltung erheblich vermindern.

Cover-Foto: Institution of mechanical engineers
Bild 1 & Bild 2: Arizona State University – Centre for negative Carbon emission
Bild 3 & Bild 4: Climeworks

Bild 5: Youtube – Carbon Engineering
Gif: Giphy

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