CO2 ist einer der Bausteine für synthetische Kraftstoffe. Am besten wäre es, ihn direkt aus der Luft zu entnehmen, da so ein Kreislauf entsteht. Carbon Capture heißt dieses Verfahren, an dem derzeit weltweit mit Hochdruck geforscht wird. Wie weit sind die Anlagen und welchen Beitrag zum Klimaschutz werden sie leisten können? Ein Überblick.

Man mag Space-X- und Tesla-Gründer Elon Musk für ein Genie oder einen Spinner halten, aber eines hat er mit Sicherheit: einen siebten Sinn für zukunftsfähige Innovationen. Daher horchte nicht nur die Fachwelt auf, als er vor kurzem über seine Stiftung Musk-Foundation ein Preisgeld von 100 Millionen US-Dollar für Erfinder und Forschungsteams auslobte, die in den nächsten vier Jahren eine überzeugende Lösung zur CO2-Entfernung aus der Atmosphäre präsentieren. Entfernung, nicht Vermeidung!

Musk ist überzeugt, der Menschheit rennt die Zeit davon: „Wir wollen, dass die teilnehmenden Teams echte Systeme bauen, die einen messbaren Effekt im Gigatonnen-Bereich haben. Was immer auch nötig ist. Zeit ist der Hauptfaktor.“

Um preiswürdig zu sein, muss die vorgeschlagene Lösung der Luft nachweislich mindestens tausend Tonnen Kohlendioxid pro Jahr entziehen. Anfangs, denn das System sollte sich später problemlos nach oben skalieren lassen. Dieser „XPRIZE“ wird als „größter Incentive-Preis der Geschichte“ beworben und bringt einem Thema noch einmal Aufmerksamkeit, an dem Forscher schon länger arbeiten und das auch für die Herstellung von E-Fuels von großer Bedeutung ist: Carbon Capture.

Weltklimarat: Es geht nicht ohne Carbon Capture

Mit Carbon Capture sind Verfahren gemeint, mit deren Hilfe aktiv CO2 aus der Atmosphäre entnommen, eben „gefangen“, wird. Dieses Vorgehen ist vor allem deshalb so wichtig, weil es zur Erreichung der ehrgeizigen Klimaziele – besonders der Beschränkung der globalen Erwärmung auf 1,5 °C – nicht ausreichen wird, sich nur darauf zu konzentrieren, den CO2-Ausstoß zu verringern.

Das „International Panel on Climate Change“ (IPCC), der Weltklimarat, geht in seinen Schätzungen davon aus, dass ungefähr zehn Gigatonnen – das sind zehn Milliarden Tonnen – CO2 pro Jahr aus der Atmosphäre entfernt werden müssen, will man die globale Erwärmung wie geplant beschränken.

Beides scheint also nötig: die weltweit emittierten Klimagase drastisch zu reduzieren und die bereits vorhandenen Belastungen aktiv zu verringern.

Natur und Technik arbeiten Hand in Hand

Es gibt verschiedene Wege, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen und den Klimawandel aktiv zu bekämpfen. Eine bekannte Methode ist Biomasse, Bäumen oder Algen, die der Luft auf natürlichem Weg CO2 entziehen. Eine andere sind technische Lösungen, etwa das sogenannte „Direct Air Capture“.

Bäume binden zwar viel CO2, setzen dieses aber bei der Verrottung wieder frei © Pexels – Felix Mittermeier

Bei der Arbeit mit Bäumen stellt sich schnell ein Problem: Bäume entnehmen zwar aktiv Kohlendioxid aus der Umgebungsluft, doch wenn sie am Ende ihres Lebenszyklus verrotten, setzen sie dieses CO2 größtenteils wieder frei. Daher werden mehrstufige Hybridlösungen aus Biomasse und Technik eingesetzt. Zunächst wird die Biomasse dazu genutzt, mittels Photosynthese Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. Im Anschluss werden die Pflanzen dann geerntet und in einem Kraftwerk verbrannt, um Energie zu erzeugen und das Verrotten zu verhindern. Bei der Verbrennung entsteht natürlich ebenfalls Kohlendioxid, das aber wird mit technischen Lösungen direkt am Kraftwerk eingesammelt und später eingelagert. So weist der ganze Prozess am Ende eine negative CO2-Bilanz auf.

Hybridlösungen und Hightech-Membrane

Eine solche Bilanz erzielen auch die verschiedenen „Direct Air Capture“-Verfahren. Sie ziehen das CO2 direkt aus der Luft. Dies kann zum Beispiel durch chemische Absorption geschehen, bei der CO2 gebunden wird. Die entsprechenden Methoden sind seit Jahrzehnten bewährt.

Ebenfalls schon länger im praktischen Einsatz sind Methoden zur physischen Separation – also die Abspaltung oder der Entzug. Dabei werden eine feste Oberfläche – etwa aus Aluminium – sowie Temperatur- oder Druckunterschiede dazu genutzt, um das Kohlendioxid aus der Luft quasi einzusammeln.

Aber auch neue Verfahren, wie zum Beispiel die Arbeit mit Hightech-Membranen, sind in Arbeit und befinden sich teilweise schon im Prototypenstadium.

Es gibt also viele, teils schon lange bewährte Methoden, das CO2 aus der Luft zu entfernen. Ein sinnvolles Gesamtkonzept beschränkt sich jedoch nicht auf das bloße Einfangen des Klimagases, sondern zieht auch den anschließenden Transport und die Lagerung des gewonnenen Kohlendioxids mit in Betracht. Diese Konzepte werden meist unter der Abkürzung CCUS (Carbon Capture, Utilisation and Storage – also der Kohlendioxid-Gewinnung, -nutzung und -lagerung) zusammengefasst.

CCUS – Carbon Capture zu Ende gedacht

Ein CCUS-Gesamtkonzept kann zum Beispiel so aussehen: Kohlendioxid wird direkt an seinem Entstehungsort – etwa in einer Fabrik – einfangen, anschließend per Schiff oder Pipeline transportiert und schließlich als Ressource bei der Produktherstellung genutzt oder dauerhaft eingelagert.

CCUS-Technologien gewinnen zurzeit deutlich an Fahrt, nachdem jahrelang kaum Neuinvestitionen zu verzeichnen waren. Mehr als 40 neue Anlagen wurden seit dem Jahr 2017 angekündigt, die meisten davon in den USA und Europa, aber auch in Asien, Ozeanien und dem arabischen Raum.

E-Fuels profitieren von Carbon Capture

Bei allen CCUS-Projekten geht es immer darum, dem Klimawandel dadurch entgegenzutreten, dass man das CO2 entweder direkt aus der Atmosphäre einfängt oder es dort einsammelt, wo es entsteht. Kann das CO2 nicht direkt am Sammelort weiterverarbeitet werden – zum Beispiel für die Herstellung von E-Fuels – wird es dorthin weiter transportiert, wo es entweder verarbeitet oder dauerhaft gelagert werden kann. Die ersten Anlagen dieser Art wurden bereits in den siebziger Jahren in Betrieb genommen, vor allem in den USA. Die Motivation war zu dieser Zeit freilich eine andere: Die Amerikaner verkauften das gewonnene CO2 gewinnbringend an Erdölproduzenten, die es nutzen, das Erdöl besser förderbar zu machen und ihre Förderquoten zu erhöhen. Aus diesem Grund löst der Begriff „Carbon Capture“ in den USA bei einigen Menschen immer noch negative Assoziationen und starke Vorbehalte aus.

E-Fuels könnten vom großflächigen Einsatz der Carbon Capture Technologie deutlich profitieren, da für die dezentrale Herstellung der E-Fuels lediglich ausreichend grüner Strom, Wasser und CO2 benötigt wird.

Ganz anders stellt sich die Situation in Europa dar, wo die Verfahren noch nicht so lange im Einsatz sind und ganz im Zeichen des Klimaschutzes stehen. Die erste wirklich große Anlage zum Einsammeln und Einlagern von Kohlendioxid entstand 1996 in Norwegen. Diese Offshore-Installation hat bislang rund 20 Millionen Tonnen CO2 gewinnen und dauerhaft im Boden unter der Nordsee speichern können.

Kohlendioxid als wertvolle Ressource

CO2 ist nicht nur ein Klimakiller, sondern eben auch ein wichtiger Bestandteil vieler Herstellungsprozesse und Produkte. Daher gibt es einen lukrativen Markt für das so genannte „Klimagas“. Kohlendioxid ist in vielen industriellen Anwendungsbereichen gefragt, etwa als Bestandteil der E-Fuels-Herstellung, als Dünger in Gewächshäusern und sogar beim Einsatz in der Lebensmittelindustrie, zum Beispiel als Kohlensäure in Softdrinks.

Obwohl CO2 über kurze Strecken durchaus auch mit LKW oder Bahn transportiert werden könnte, haben sich für den Transport Pipelines und Schiffe durchgesetzt, nicht zuletzt aus Gründen der Kosteneffizienz und Sicherheit. Alleine in Nordamerika beträgt das Pipelinenetz, das für den CO2-Transport genutzt wird, mehr als 8000 Kilometer.

Der großvolumige Transport von CO2 mittels Schiffen könnte allerdings in Zukunft immer wichtiger werden, da Schiffe naturgemäß wesentlich flexibler sind als Pipelines. Auch hier steht Norwegen erneut an der Spitze der Entwicklung und sein – in Erinnerung an die Wikinger augenzwinkernd „Longship“, also „Langschiff“ genanntes – Schiffsprojekt wird das erste der Welt sein, mit dessen Hilfe CO2 im industriellen Maßstab zu einer Offshore-Lagerstelle transportiert werden kann.

Wie sicher ist die CO2-Lagerung?

Zur Lagerung wird Kohlendioxid tief in unterirdische Gesteinsformationen injiziert. Diese Formationen müssen zwei Voraussetzungen erfüllen: erstens eine poröse Schicht, um das CO2 zu speichern; zweitens darüber undurchdringliches Gestein, um das Ganze zu versiegeln. Dieser natürliche geologische Deckel verhindert, dass das mühsam eingefangene Kohlendioxid auf Dauer wieder in die Atmosphäre entweicht. Geeignete Lagerstätten sind Salzstöcke, aber auch ehemalige Öl- und Gas-Abbaugebiete. In den früheren Fördergebieten ist das CO2 dauerhaft genauso sicher gelagert wie es vorher das Öl oder das Gas war.

Vor seiner Lagerung wird das CO2 zumeist komprimiert, um seine Dichte zu erhöhen und den Platz effizient auszunutzen. Aus diesem Grund liegen die meisten Lagerstätten 800 oder mehr Meter tief. In solchen Tiefen herrschen Druckverhältnisse, die es erlauben, das Kohlendioxid permanent in einer Art flüssigem Zustand zu halten.

Bei einer völlig neuen Lagermethode, die gerade erfolgversprechend erforscht wird, wird das CO2 in Basaltformationen eingelagert, wo es dann mit den dort vorhandenen reaktiven Chemikalien reagiert und am Ende mineralisiert, sprich, selbst zu einer Art Stein wird.

Auch dieses Verfahren zeigt: potentielle Orte und Methoden, um das beim Carbon Capture gewonnene CO2 dauerhaft und sicher zu lagern, sind ausreichend vorhanden.

Es bewegt sich etwas – weltweit

Neben Norwegen macht auch Island beim Thema Carbon Capture immer wieder auf sich aufmerksam. So plant das Schweizer Unternehmen Climeworks auf dem Inselstaat zurzeit eine große Anlage, die mit Hilfe von Geothermie CO2 einfangen und dann, vermischt mit Wasser, unterirdisch in einer Basaltschicht einlagern soll. Mit Audi und Microsoft sind prominente Unterstützer an Bord. Geplant ist auch, Privatleute teilhaben zu lassen, die dann in Zukunft ein Abo abschließen und in ihrem Namen Kohlendioxid absaugen lassen könnten.

In Japan wurde bereits 2019 das Tomakomai Demonstrationsprojekt erfolgreich abgeschlossen. Die Anlage gewann CO2 aus einer Offshore-Ölraffinerie vor Hokkaido und wird momentan dazu genutzt, das eingeschlossene Kohlendioxid zu untersuchen und weitere Forschungsergebnisse über die dauerhafte Lagerung zu gewinnen.

Auch die Briten betreiben mit Hochdruck Versuchsanlagen. Gleich zwei werden zum Beispiel von Drax Power Limited in Yorkshire unterhalten und sollen bereits 2027 im industriellen Maßstab CO2 aus der Atmosphäre gewinnen.

Tief verschlossen im Grund der Nordsee

Unter dem Projektnamen „Northern Lights“, also Polarlicht, will Norwegen es bereits 2024 Unternehmen aus ganz Europa ermöglichen, CO2 sicher im Grund der Nordsee vor der Küste zu lagern. Dazu werden im Augenblick zwei Spezialschiffe konstruiert, die das Kohlendioxid zu einer Anlage an der Westküste bringen sollen, von wo aus es mit Hilfe eines Pipelinenetzes dann schließlich zur endgültigen Lagerstätte transportieren wird. „Northern Lights“ ist Teil des von der norwegischen Regierung unterstützten Projekts „Longship“.

In den USA soll – ebenfalls schon im jahr 2024 – mit „DAC 1“ schließlich die weltweit größte Anlage für Direct Air Capture in Betrieb gehen. Die mit kanadischer Unterstützung konzipierte Anlage soll gut eine Million Tonnen CO2 aus der Atmosphäre gewinnen.

Aktiver Klimaschutz nimmt Gestalt an

Die Vielzahl von Projekten und die vielversprechenden Forschungen weltweit lassen hoffen, dass die direkte Entnahme von Kohlendioxid aus der Luft deutlich an Fahrt gewinnt. Viele Regierungen unterstützen die Anstrengungen in ihren Ländern. Wurde den technischen Lösungen anfangs, besonders in den USA, mit Skepsis begegnet, wächst die Zahl ihrer Unterstützer heute zusehends.

Immer bessere Methoden könnten es uns schon in wenigen Jahren erlauben, das „Klimagas“ CO2 direkt aus der Atmosphäre zu entnehmen oder – noch effizienter – direkt dort einzusammeln, wo es entsteht, zum Beispiel an industriellen Anlagen.

Namhafte Konzerne investieren große Summen in den Aufbau immer größerer Projektanlagen, und die Möglichkeiten zur sicheren Lagerung oder sinnvollen Weiterverarbeitung von Kohlendioxid nehmen stetig zu.

Wichtiger Player gegen den Klimawandel

Das in der öffentlichen Wahrnehmung oft als „Klimakiller“ gefürchtete Kohlendioxid ist eben auch wertvoller Rohstoff für eine Vielzahl von Produkten und Industrien – von E-Fuels bis hin zu Limonade. Das macht CO2 für die globalen Märkte hochinteressant und kann am Ende der Carbon-Capture-Idee zum Durchbruch verhelfen. Klar: Carbon Capture ist keine Alternative zur aktive CO2-Vermeidung, aber es kann zu einem wesentlichen Player im Kampf gegen den Klimawandel werden. Lassen sich marktwirtschaftliche Interessen auf Dauer mit dem Klimaschutz gewinnbringend vereinbaren profitiert am Ende nicht nur das Klima, sondern auch die Wirtschaft und der Mensch.

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