Die Technologie zur CO2-Entfernung steckt noch in den Kinderschuhen, könnte aber entscheidend sein, um die schlimmsten Auswirkungen des Klimawandels zu vermeiden. Ein Erfinder der Carbon-Scrubbing-Technologie erklärt.

Zwei Jahrhunderte der Verbrennung fossiler Brennstoffe haben mehr Kohlendioxid − ein starkes Treibhausgas − in die Atmosphäre abgegeben, als die Natur entfernen kann. Wenn sich dieses CO2 aufbaut, fängt es überschüssige Wärme nahe der Erdoberfläche ein und verursacht eine globale Erwärmung. Es gibt jetzt so viel CO2 in der Atmosphäre, dass die Beendigung der Emissionen allein – so die meisten Szenarien – nicht ausreichen wird, um das Klima zu stabilisieren – die Menschheit wird zusätzlich auch CO2 aus der Luft entfernen müssen.

Die Technologie zur mechanischen Entfernung von Kohlenstoff befindet sich in der Entwicklung und wird in sehr kleinem Maßstab betrieben, teilweise weil die derzeitigen Methoden unerschwinglich teuer und energieintensiv sind. In diesem Jahr werden jedoch neue Techniken getestet, die dazu beitragen könnten, den Energiebedarf und die Kosten zu senken.

Nachstehend finden Sie ein Interview mit Professor Klaus Lackner von der Arizona State University. Er ist ein Pionier in der direkten Luftabscheidung und Kohlenstoffspeicherung und informiert über den Stand der Technik.

Was ist direkte Kohlenstoffentfernung (Direct Air Capture) und warum wird sie als notwendig erachtet?

Als ich Anfang der 1990er Jahre begann, mich für Kohlenstoffmanagement zu interessieren, trieb mich die Beobachtung an, dass sich Kohlenstoff in der Umwelt ansammelt. Die Natur braucht Tausende von Jahren, um dieses CO2 zu entfernen, und wir befinden uns auf dem Weg zu viel höheren CO2-Konzentrationen, die weit über alles hinausgehen, was Menschen erlebt haben. Die Menschheit kann es sich nicht leisten, dass immer mehr überschüssiges Kohlenstoff in der Umwelt herumschwimmt, also müssen wir es wieder herausholen.

Nicht alle Emissionen stammen aus großen Quellen wie Kraftwerken oder Fabriken, in denen wir CO2 sofort abfangen können, wenn es austritt. Also müssen wir uns mit der anderen Hälfte der Emissionen befassen – von Autos, Flugzeugen, einer heißen Dusche, dem Ausstoß von CO2 aus dem Gasofen usw. Und genau dafür ist es wichtig, CO2 aus der Luft zu ziehen.

Da sich CO2 schnell in der Luft vermischt, spielt es keine Rolle, wo auf der Welt das CO2 entfernt wird – die Entfernung hat die gleiche Wirkung. So können wir die Direct-Air-Capture-Technologie genau dort platzieren, wo wir das CO2 verwenden oder speichern möchten.

Auch die Art der Lagerung ist wichtig. CO2 nur 60 oder 100 Jahre lang zu speichern, ist nicht gut genug. Wenn in 100 Jahren all dieser Kohlenstoff wieder in der Umwelt ist, haben wir uns nur um uns selbst gekümmert, aber unsere Enkelkinder müssen es wieder ausbaden. Inzwischen wächst der weltweite Energieverbrauch um etwa 2 % pro Jahr.

Eine der Beschwerden über die direkte Luftabscheidung ist neben den Kosten, dass sie energieintensiv ist. Kann dieser Energieverbrauch reduziert werden?

Zwei große Energieverbraucher bei der direkten Lufterfassung sind der Betrieb von Ventilatoren, um Luft anzusaugen, und das anschließende Heizen, um das CO2 zu extrahieren. Es gibt aber Möglichkeiten, den Energiebedarf für beide etwas zu reduzieren.

Wir sind zum Beispiel auf ein Material gestoßen, das CO2 anzieht, wenn es trocken ist, und es wieder abgibt, wenn es nass ist. Wir erkannten, dass wir dieses Material dem Wind aussetzen könnten, und es würde sich mit CO2 aufladen. Dann könnten wir es nass machen, und es würde das CO2 auf eine Weise freisetzen, die viel weniger Energie benötigt als andere Systeme. Die Zugabe von Wärme aus erneuerbarer Energie erhöht den CO2-Druck noch weiter, sodass wir ein mit Wasserdampf gemischtes CO2-Gas haben, aus dem wir reines CO2 gewinnen können.

Wir können noch mehr Energie sparen, wenn die Erfassung „passiv“ ist – es ist nicht notwendig, dass Ventilatoren die Luft herumblasen, die Luft bewegt sich auch von alleine.

Mein Labor entwickelt dafür eine Methode namens „Mechanical Trees“. Das sind hohe vertikale Spalten von Scheiben, die mit einem chemischen Harz beschichtet sind und einen Durchmesser von etwa 150 Zentimeter haben, wobei die Scheiben etwa 5 Zentimeter voneinander entfernt sind, wie ein Stapel Schallplatten. Beim Durchblasen der Luft nehmen die Oberflächen der Scheiben CO2 auf. Nach etwa 20 Minuten sind die Scheiben voll und sinken in ein darunter liegendes Fass. Wir schicken Wasser und Dampf ein, um das CO2 in eine geschlossene Umgebung freizusetzen. Was das ergibt ist eine Niederdruckmischung aus Wasserdampf und CO2. Wir können den größten Teil der Wärme zurückgewinnen, die zum Aufheizen der Box aufgewendet wurde, sodass die zum Aufheizen benötigte Energiemenge recht gering ist.

Durch die Nutzung von Feuchtigkeit können wir etwa die Hälfte des Energieverbrauchs vermeiden und für den Rest erneuerbare Energie nutzen. Dies erfordert zwar Wasser und trockene Luft, ist also nicht überall ideal, aber es gibt auch andere Methoden.  

Kann CO2 langfristig sicher gespeichert werden und gibt es genügend Speicher?

Ich begann in den 1990er Jahren mit der Arbeit am Konzept der Mineralienabscheidung und leitete eine Gruppe in Los Alamos. Die Welt kann CO2 tatsächlich dauerhaft abbauen, indem sie sich die Tatsache zunutze macht, dass es eine Säure ist und bestimmte Gesteine ​​Basen sind. Wenn CO2 mit kalziumreichen Mineralien reagiert, bildet es feste Karbonate. Indem wir das CO2 auf diese Weise mineralisieren, können wir eine nahezu unbegrenzte Menge an Kohlenstoff dauerhaft speichern.

Zum Beispiel gibt es in Island viel Basalt – Vulkangestein – das mit CO2 reagiert und es innerhalb weniger Monate in feste Karbonate umwandelt. Island könnte Zertifikate zur Kohlenstoffbindung an den Rest der Welt verkaufen, weil es CO2 für den Rest der Welt einlagert.

Es gibt auch riesige unterirdische Reservoirs aus der Ölförderung im Permian Basin in Texas. Es gibt große Salzwasserleiter. In der Nordsee, einen Kilometer unter dem Meeresboden, fängt das Energieunternehmen Equinor seit 1996 CO2 aus einer Gasverarbeitungsanlage ab und speichert jährlich eine Million Tonnen CO2, wodurch die norwegische Steuer auf CO2-Freisetzungen umgangen wird. Die Menge an unterirdischer Lagerung, in der wir Mineralien binden können, ist weitaus größer, als wir jemals für CO2 benötigen werden. Die Frage ist, wie viel hier wirklich umgewandelt werden kann.

Wir können auch die direkte Luftabscheidung verwenden, um den Kohlenstoffkreislauf zu schließen – was bedeutet, dass CO2 abgeschieden und wiederverwendet wird, um zu vermeiden, dass mehr produziert wird. Derzeit nutzen die Menschen Kohlenstoff aus fossilen Brennstoffen, um Energie zu gewinnen. Sie können CO2 in synthetische Kraftstoffe – Benzin, Diesel oder Kerosin – umwandeln, die keinen neuen Kohlenstoff enthalten, indem Sie das abgeschiedene CO2 mit grünem Wasserstoff mischen, der mit erneuerbarer Energie erzeugt wurde. Dieser Kraftstoff kann problemlos durch vorhandene Pipelines transportiert und jahrelang gelagert werden, sodass Sie in einer Winternacht in Boston Wärme und Strom mit Energie erzeugen können, die im vergangenen Sommer in Westtexas als Sonnenschein gesammelt wurde. Eine Tankfüllung „Synfuel“ kostet nicht viel und ist kostengünstiger als eine Batterie.

Das Energy Department hat sich das neue Ziel gesetzt, die Kosten für die CO2-Entfernung auf 100 US-Dollar pro Tonne zu senken und sie innerhalb eines Jahrzehnts schnell zu erhöhen. Was muss passieren, damit das Realität wird?

Das Energy Department macht mir Angst, weil sie es so klingen lassen, als wäre die Technologie bereits fertig. Nachdem wir die Technologie 30 Jahre lang vernachlässigt haben, können wir nicht einfach sagen, dass es Unternehmen gibt, die wissen, wie es geht, und wir müssen es nur vorantreiben. Wir müssen davon ausgehen, dass dies eine im Entstehen begriffene Technologie ist.

Climeworks ist das größte Unternehmen, das kommerzielle Direktabscheidung betreibt. Es  verkauft CO2 für etwa 500 bis 1.000 US-Dollar pro Tonne. Das ist zu teuer. Andererseits denke ich, dass es möglich sein müsste, es bei 50 Dollar pro Tonne zu schaffen.

Die USA verbrauchen etwa 7 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr in Handels-CO2 – denken Sie an kohlensäurehaltige Getränke, Feuerlöscher, Getreidesilos usw. Der durchschnittliche Preis beträgt 60 bis 150 US-Dollar. Unter 100 $ haben Sie also einen Markt. Was Sie wirklich brauchen, ist ein regulatorischer Rahmen, der besagt, dass CO2 eingedämmt werden muss. Dann wird sich der Markt von der heutigen Abscheidung von Kilotonnen CO2 zur Abscheidung von Gigatonnen CO2 bewegen.

Wo sehen Sie diese Technologie in 10 Jahren?

Ich sehe eine Welt, die fossile Brennstoffe wahrscheinlich schrittweise aufgibt, aber den Auftrag hat, das gesamte CO2 langfristig abzufangen und zu speichern.

Unsere Empfehlung ist daher: Wenn Kohlenstoff aus dem Boden kommt, sollte sie mit einer gleichmäßigen Entfernung abgestimmt werden. Wenn Sie 1 Tonne Kohlenstoff in Verbindung mit Kohle, Öl oder Gas produzieren, müssen Sie 1 Tonne weglegen. Es muss nicht die gleiche Tonne sein, aber es muss eine Beschlagnahmebescheinigung vorliegen, die sicherstellt, dass sie eingelagert wurde, und das Ganze muss mehr als 100 Jahre halten. Wenn der gesamte Kohlenstoff von dem Moment an, in dem er aus dem Boden kommt, zertifiziert ist, ist es schwieriger, das System zu überlisten.

Eine große Unbekannte ist, wie sehr Industrie und Gesellschaft darauf drängen werden, CO2-neutral zu werden. Es ist ermutigend zu sehen, dass Unternehmen wie Microsoft und Stripe CO2-Gutschriften und -Zertifikate kaufen, um CO2 zu entfernen, und bereit sind, ziemlich hohe Preise zu zahlen.

Es kann ein oder zwei Jahrzehnte dauern, bis sich neue Technologien durchsetzen, aber wenn die wirtschaftliche Anziehungskraft vorhanden ist, können die Dinge schnell gehen. Der erste kommerzielle Jet war 1951 erhältlich. Bis 1965 waren sie allgegenwärtig.  

Dieser Artikel wurde ursprünglich von The Conversation veröffentlicht. Hier geht’s zum Originalartikel.

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