Carbon Capture (deutsch: Kohlenstoffabscheidung) beschreibt Technologien und Prozesse zur Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO₂) aus verschiedenen Quellen, um seine Emission in die Atmosphäre zu verhindern (carbon removal). Diese Technologien könnten eine entscheidende Rolle spielen im Kampf gegen den Klimawandel, indem sie dazu beitragen, den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre zu verringern und somit die Erderwärmung zu verlangsamen. Im Folgenden werden die wichtigsten Aspekte des Carbon Capture beschrieben, einschließlich der Funktionsweise, Technologien und Herausforderungen.
Kohlenstoffdioxid ist ein Treibhausgas, das hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe in der Energieerzeugung, Industrie und im Verkehr freigesetzt wird. Die zunehmende Konzentration von CO₂ in der Atmosphäre trägt erheblich zur globalen Erwärmung bei. Carbon Capture ist ein wichtiger Ansatz, um CO₂ aus der Luft oder industriellen Prozessen zu entfernen und es entweder sicher zu speichern oder anderweitig zu nutzen.
Funktionsweise von Carbon Capture
Der Prozess der Kohlenstoffabscheidung lässt sich in drei Hauptschritte unterteilen:
- CO₂-Abscheidung: CO₂ wird aus der Quelle (z.B. Schornsteine von Kraftwerken oder Industrieanlagen) abgeschieden, bevor es in die Atmosphäre gelangt.
- Transport: Nach der Abscheidung wird das CO₂ über Pipelines oder Schiffe zu einer Speicherstätte transportiert.
- Speicherung: Das abgeschiedene CO₂ wird in geologische Formationen, Ozeane oder andere sichere Speicherorte eingelagert.
Dieser Prozess zielt darauf ab, die CO₂-Emissionen erheblich zu reduzieren und eine nachhaltige Energieerzeugung zu ermöglichen.
Technologien der Kohlenstoffabscheidung
Es gibt verschiedene Technologien zur CO₂-Abscheidung, die in drei Hauptkategorien unterteilt werden können:
Post-Combustion Capture (Abscheidung nach der Verbrennung)
Bei der Post-Combustion-Technologie wird CO₂ nach der Verbrennung von fossilen Brennstoffen (z.B. Kohle, Erdgas) aus den Abgasen abgeschieden. Diese Methode wird häufig in bestehenden Kraftwerken eingesetzt. Chemische Lösungsmittel wie Amine werden verwendet, um das CO₂ aus den Rauchgasen zu extrahieren. Die Vorteile dieser Methode liegen in der Anpassbarkeit an bestehende Infrastrukturen.
Pre-Combustion Capture (Abscheidung vor der Verbrennung)
Bei der Pre-Combustion-Abscheidung wird der Brennstoff vor der Verbrennung in seine Grundbestandteile zerlegt, was zu einer Trennung von CO₂ führt. Dies geschieht durch Prozesse wie die Vergasung von Kohle oder die Dampfreformierung von Erdgas, bei denen Kohlenwasserstoffe in ein Gemisch aus Wasserstoff und CO₂ umgewandelt werden. Das CO₂ wird dann vor der eigentlichen Verbrennung abgeschieden.
Oxyfuel-Verbrennung (Sauerstoffverbrennung)
Die Oxyfuel-Verbrennung verwendet reinen Sauerstoff anstelle von Luft für die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Dies führt zu einer höheren CO₂-Konzentration in den Abgasen, was die Abscheidung und Speicherung erleichtert. Die Oxyfuel-Technologie ist effizienter, erfordert jedoch eine aufwändige Sauerstoffproduktion.
Transport von CO₂
Nach der Abscheidung muss das CO₂ zu den Speicherorten transportiert werden. Dies geschieht in der Regel über:
- Pipelines: Das am häufigsten genutzte Transportmittel, vor allem für große Mengen von CO₂. CO₂ wird in verdichteter Form (überkritisch) transportiert, was den Transport über weite Strecken erleichtert.
- Schiffe: Für internationale Transporte oder kleinere Mengen kann das CO₂ in Flüssigform über Schiffe transportiert werden. Dies ist besonders nützlich für Regionen ohne Zugang zu Pipelines.
Speicherung von CO₂
Die Speicherung des abgeschiedenen CO₂ erfolgt in geologischen Formationen, die in der Regel in großer Tiefe liegen und sich über lange Zeiträume stabil verhalten. Es gibt mehrere Arten von Speicherstätten:
Geologische Speicherung
Die geologische Speicherung ist die häufigste Methode, bei der CO₂ in poröse Gesteinsschichten wie Salzwasseraquiferen oder erschöpfte Öl- und Gasfelder injiziert wird. Diese Formationen befinden sich in mehreren Kilometern Tiefe und bieten natürliche Barrieren, um das CO₂ langfristig zu speichern.
Nutzung von CO₂ (CCU – Carbon Capture and Utilization)
Neben der Speicherung gibt es auch Ansätze zur CO₂-Nutzung, bei denen das abgeschiedene CO₂ als Rohstoff in der Industrie eingesetzt wird. Beispiele dafür sind die Herstellung von synthetischen Kraftstoffen, Chemikalien oder Baumaterialien. Dies ermöglicht eine wirtschaftlichere Nutzung des abgeschiedenen CO₂ und trägt zur Kreislaufwirtschaft bei.
Herausforderungen und Risiken
Trotz der vielversprechenden Technologien zur Kohlenstoffabscheidung gibt es erhebliche Herausforderungen:
- Kosten: Die Implementierung von Carbon-Capture-Technologien ist teuer, sowohl in der Entwicklung als auch im Betrieb. Derzeit fehlt es an Anreizen und politischen Maßnahmen, um diese Technologien wirtschaftlich rentabel zu machen.
- Effizienz: Die CO₂-Abscheidungstechnologien sind noch nicht vollständig ausgereift und benötigen weitere Forschung, um ihre Effizienz zu verbessern.
- Langzeitlagerung: Es gibt Unsicherheiten hinsichtlich der langfristigen Sicherheit der geologischen CO₂-Speicherung. Es besteht die Gefahr, dass CO₂ über längere Zeiträume wieder in die Atmosphäre entweicht.
Perspektiven und Zukunft von Carbon Capture
Carbon Capture wird von vielen Experten als unverzichtbare Technologie betrachtet, um die globalen Klimaziele zu erreichen, insbesondere in Industrien, die schwer zu dekarbonisieren sind, wie Zement- und Stahlproduktion. Die Kombination von Carbon Capture mit erneuerbaren Energien und anderen CO₂-reduzierenden Maßnahmen könnte entscheidend sein, um Netto-Null-Emissionen zu erreichen.
In Zukunft könnten Fortschritte in der Technologie, in Verbindung mit politischen Maßnahmen wie CO₂-Bepreisung und Subventionen, die Implementierung und Verbreitung von Carbon Capture deutlich beschleunigen.
Carbon Capture ist eine Schlüsseltechnologie im Kampf gegen den Klimawandel. Während es noch einige Herausforderungen gibt, insbesondere in Bezug auf Kosten und Effizienz, bieten Fortschritte in der Forschung und Entwicklung vielversprechende Möglichkeiten, CO₂-Emissionen erheblich zu reduzieren. In Verbindung mit erneuerbaren Energien und der Elektrifizierung von Industrieprozessen könnte Carbon Capture einen wichtigen Beitrag zu einer kohlenstoffarmen Zukunft leisten.
Welche startups, Unternehmen und Projekte beschäftigen sich mit Carbon capture?
Zahlreiche innovative Unternehmen und Startups arbeiten an Lösungen für die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (Carbon Capture), um den CO₂-Ausstoß zu verringern. Hier sind einige bemerkenswerte Beispiele:
- Climeworks (Schweiz): Climeworks ist eines der führenden Unternehmen im Bereich der Direct Air Capture (DAC). Es betreibt die größte kommerzielle CO₂-Abscheidungsanlage namens Orca in Island. Die Technologie fängt CO₂ direkt aus der Atmosphäre ein und speichert es sicher unter der Erde.
www.climeworks.com - Carbon Clean (Großbritannien): Dieses Unternehmen hat sich auf kostengünstige CO₂-Abscheidungstechnologien spezialisiert. Es bietet Lösungen, die insbesondere in der Schwerindustrie, wie Zementwerken und Kraftwerken, eingesetzt werden können. 2022 schaffte das Unternehmen, über 335.000 Tonnen CO₂ abzuscheiden.
www.carbonclean.com - Carbon Engineering (Kanada): Carbon Engineering setzt auf eine Flüssig-DAC-Technologie, die CO₂ in großen Mengen direkt aus der Atmosphäre abscheidet. Es plant, 2024 eine Großanlage in den USA zu eröffnen, die jährlich 1 Million Tonnen CO₂ abscheiden soll.
www.carbonengineering.com - Carbfix (Island): Dieses Unternehmen hat ein Verfahren entwickelt, bei dem CO₂ in Wasser aufgelöst und in Basaltgestein injiziert wird. Das CO₂ reagiert mit dem Gestein und wird in mineralischer Form dauerhaft gespeichert.
www.carbfix.com - LanzaTech (USA): LanzaTech nutzt Mikroorganismen, um CO₂ in nützliche Chemikalien und Kraftstoffe umzuwandeln. Es hat bereits mehrere großangelegte Projekte zur Kohlenstoffverwertung (CCU) gestartet und arbeitet mit verschiedenen Industriepartnern weltweit zusammen.
www.lanzatech.com - Northern Lights Project (Norwegen): Ein gemeinsames Projekt von Equinor, Shell und Total, das CO₂ aus europäischen Industrieanlagen transportiert und in geologischen Formationen unter der Nordsee speichert.
www.norlights.com - Capture6 ist ein Unternehmen, das sich mit Kohlenstoffabscheidungstechnologien (Carbon Capture) beschäftigt. Es handelt sich um ein Startup, das 2021 gegründet wurde und sich auf Direct Air Capture (DAC) spezialisiert hat. Capture6 entwickelt skalierbare Technologien, um CO₂ direkt aus der Atmosphäre zu entfernen. Eine Besonderheit des Unternehmens ist seine Verbindung von CO₂-Abscheidung mit Wasseraufbereitung, was eine zusätzliche Gewinnung von Süßwasser aus salzigen Abfallströmen ermöglicht. Diese Synergie schafft sowohl Umwelt- als auch Klimanutzen, indem sie gleichzeitig CO₂ entfernt und Wasserknappheit bekämpft. Capture6 plant, seine Technologien weltweit einzusetzen, mit Projekten wie Project Monarch in Kalifornien, wo die erste vollintegrierte Anlage für Wasser- und Kohlenstoffmanagement gebaut wird. Langfristig möchte das Unternehmen durch seine skalierbare Technologie Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr abscheiden und zur globalen Dekarbonisierung beitragen.
www.capture6.org - Global Thermostat ist ein Unternehmen, das sich auf Direct Air Capture (DAC) spezialisiert hat, eine Technologie, die CO₂ direkt aus der Atmosphäre abscheidet. Das Unternehmen wurde 2010 gegründet und setzt auf seine patentierten aminhaltigen Adsorbentien, um das CO₂ effizient zu filtern. Dieses CO₂ kann entweder sicher gespeichert oder zur Herstellung von Kraftstoffen, Chemikalien und Baumaterialien weiterverwendet werden.
Global Thermostat arbeitet mit einer Vielzahl von Partnern zusammen, um seine Technologie zu skalieren. Eine bedeutende Partnerschaft besteht mit ExxonMobil, die das Unternehmen bei der Weiterentwicklung und Skalierung der DAC-Technologie unterstützt. ExxonMobil nutzt dabei sein Netzwerk von Universitäten und nationalen Forschungslabors, um an Materialwissenschaften und neuen Technologien zu arbeiten, die den CO₂-Abscheidungsprozess verbessern könnten. Darüber hinaus hat Global Thermostat eine globale Kooperation mit Sumitomo Corporation gestartet, um DAC-Lösungen in Märkten wie den USA, Europa, dem Nahen Osten und Asien anzubieten. Das Unternehmen betreibt auch eine kommerzielle DAC-Anlage in Colorado, die jährlich mehr als 1.000 Tonnen CO₂ abscheidetZiel von Global Thermostat ist es, zur globalen Dekarbonisierung beizutragen und gleichzeitig eine Kreislaufwirtschaft zu fördern, in der abgeschiedenes CO₂ als wertvoller Rohstoff genutzt wird.
www.globalthermostat.com
Diese Unternehmen und Projekte zeigen die große Bandbreite an Ansätzen, von direkter CO₂-Abscheidung aus der Luft bis hin zur geologischen Speicherung und industriellen Nutzung von CO₂. Sie alle spielen eine Schlüsselrolle in der globalen Dekarbonisierungsstrategie.
