Direct Air Carbon Capture (DAC & DACC) Prozesse und Illusionen

Da die weltweite Verpflichtung zur Bekämpfung Klimawandel intensifies, Direct Air Capture (DAC), usually meant for Direkte Kohlenstoffabscheidung aus der Luft (DACC) emerges as a promising yet controversial technology in the arsenal of carbon dioxide removal (CDR) strategies. This article will dissect the fundamental principles of DAC technology, analyze various approaches such as solid sorbents and liquid solvents, and highlight the current stage of development traversed by key industry players. Darüber hinaus werden der Energiebedarf, die unmögliche wirtschaftliche Tragfähigkeit und die Umweltauswirkungen von DAC-Systemen behandelt, wobei auch die Herausforderungen und Missverständnisse, die die Effektivität und Skalierbarkeit dieser Systeme beeinträchtigen können, angesprochen werden.

Die wichtigsten Erkenntnisse

• DAC basiert auf der Abscheidung von CO2 direkt aus der Umgebungsluft.
• Zu den verschiedenen Technologien gehören feste Sorptionsmittel und flüssige Lösungsmittel.
• Die Technologie entwickelt sich weiter, und es tauchen neue, wichtige Branchenteilnehmer auf.
• Für den Betrieb des DAC ist ein sehr hoher Energieaufwand erforderlich.
• Die wirtschaftliche Durchführbarkeit ist je nach Region und Technologie sehr unterschiedlich.
• Bei der Skalierbarkeit gibt es Missverständnisse hinsichtlich der Wirksamkeit und der Kosten.
• Der beste Abfall ist der, den man erst gar nicht produziert

Grundlegende Prinzipien der Technologie zur direkten Kohlenstoffabscheidung aus der Luft

Die Direct Air Carbon Capture (DAC)-Technologie beruht auf dem Prinzip der chemischen Abscheidung von Kohlendioxid (CO₂) direkt aus der Atmosphäre. Dabei wird in der Regel ein Sorptions- oder Lösungsmittel verwendet, das CO₂ selektiv bindet. Nach der Sättigung wird das Material dann einem Regenerationsprozess unterzogen, der häufig mit Wärme oder einer Druckreduzierung einhergeht, um das gebundene CO₂ freizusetzen. Bei Systemen, die feste Sorptionsmittel verwenden, kann beispielsweise ein zyklischer Prozess eingesetzt werden, bei dem das Sorptionsmittel auf etwa 100-150 Grad Celsius erhitzt wird, um CO₂ freizusetzen. Dieser Prozess kann durch die folgende Reaktion dargestellt werden:
[latex] {CO}_2 + {Sorptionsmittel} {Hochprozentige Teelöffel} {Sorptionsmittel-CO}_2 {(gebundene Form)} [/latex]

The overall efficiency of DACC systems can vary significantly based on the technology and design employed. Several methods include high-temperature sorbents, aqueous amine-based solvents, and alkaline mineralization. A report by the Global CCS Institute indicated that high-temperature sorbents can capture 90% of CO₂, while amine solutions can achieve similar results with lower energy costs. Each Verfahren zeigt deutliche Kompromisse in Bezug auf den Energieeinsatz, die Abscheidungseffizienz und das Skalierungspotenzial, was die Wahl der Technologie je nach der erforderlichen Anwendung beeinflusst.

Overview of Different DACC Approaches and Technologies

Direct Air Carbon Capture (DACC) technologies can be broadly categorized into two main approaches: liquid-based and solid-based systems. Liquid-based systems primarily utilize chemical absorbents to capture CO2 from the air. A notable example is the use of potassium hydroxide (KOH) solutions, which chemically react with CO2 to form potassium carbonate. Once the absorbent is saturated, a thermal regeneration process is employed, releasing pure CO2 while regenerating the absorbent for reuse. On the other hand, solid-based systems employ sorbent materials that bind CO2. Materials such as amine-functionalized metals or activated carbon can adsorb CO2 at ambient temperatures, offering the advantage of reduced energy requirements for regeneration.

Die Auswahl der Abscheidematerialien hat erhebliche Auswirkungen auf die Effizienz von DAC-Systemen. Feste Sorptionsmittel werden häufig wegen ihrer höheren CO2-Aufnahmekapazität und ihrer geringeren Energiekosten im Vergleich zu flüssigen Systemen bevorzugt. So weisen einige Studien darauf hin, dass Systeme mit festen Sorptionsmitteln eine CO2-Abscheidungseffizienz von mehr als 90% bei einem relativ geringeren Energieaufwand von etwa 500 MJ/Tonne abgeschiedenem CO2 erreichen können, verglichen mit bis zu 1.240 MJ/Tonne bei einigen flüssigen Systemen. Bei der Bewertung der Durchführbarkeit von DAC-Implementierungen in größerem Maßstab sind Effizienzkennzahlen von entscheidender Bedeutung.

Verschiedene DAC-Anlagen wie Climeworks in der Schweiz und Carbon Engineering in Kanada zeigen, wie unterschiedlich diese Technologien funktionieren. Climeworks hat einen modularen Ansatz mit festen Sorptionsfiltern gewählt, während Carbon Engineering eine traditionellere Flüssigkeitsabsorptionsmethode verwendet. Die Wahl zwischen diesen Technologien hängt oft von Faktoren wie dem Zielmarkt, den Energiekosten und dem geografischen Standort ab, die die Betriebseffizienz von DAC-Systemen bestimmen.

Tipp: Bei der Bewertung von DAC-Systemen sind die örtlichen Energiequellen und -kosten zu berücksichtigen, da sie die Gesamteffizienz und die wirtschaftliche Durchführbarkeit der gewählten Technologie erheblich beeinflussen.

Energiebedarf und -quellen für wirksame DAC-Prozesse

Energy consumption represents a significant consideration in Direct Air Carbon Capture (DACC) processes, as efficient removal of CO₂ aus der Atmosphäre erfordert einen erheblichen Einsatz von Strom und Wärmeenergie. Die verschiedenen DAC-Technologien weisen einen unterschiedlichen Energiebedarf auf, der in der Regel zwischen 1,5 und 10 GJ pro Tonne abgeschiedenem CO₂. Zu den Hauptenergieverbrauchern gehören die Ventilatoren für die Luftzufuhr, die Wärmetauscher und die chemischen Prozesse zur Abscheidung und Freisetzung von CO₂. Die Besonderheit der Technologie und die Bedingungen des betrieblichen Umfelds beeinflussen diese Anforderungen unmittelbar.

Für einen erfolgreichen Betrieb können DAC-Technologien einen Mix aus erneuerbaren, fossilen und nuklearen Energiequellen nutzen.

Erneuerbare Energiequellen wie Sonnen- und Windenergie können saubere Energie liefern und den Energieverbrauch erheblich senken. CO2-Fußabdruck von DAC-Systemen. So wurde beispielsweise in einer Studie berichtet, dass eine solarbetriebene DAC-Anlage in den Vereinigten Staaten etwa 1.000 Tonnen CO₂ pro Jahr, wobei die Solarenergie 55% des Energieverbrauchs ausmachte.
Im Gegensatz dazu sind fossile Energieträger oft billiger, haben aber Auswirkungen auf das gesamte Emissionsprofil des Prozesses.

Häufig gestellte Fragen

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Glossary of Terms Used

Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS): Ein Verfahren, das die Energieerzeugung aus Biomasse mit einer Technologie zur Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid-Emissionen kombiniert, mit dem Ziel, den CO2-Gehalt in der Atmosphäre zu senken und gleichzeitig erneuerbare Energie zu erzeugen.

Contamination Control Strategy (CCS): Ein systematischer Ansatz zur Verhinderung, Erkennung und Eindämmung von Kontaminationen in kontrollierten Umgebungen, der die Produktqualität und -sicherheit durch definierte Verfahren, Überwachung und Risikomanagementpraktiken gewährleistet.

Direct Air Capture (DAC): Eine Technologie, die Kohlendioxid mithilfe chemischer Prozesse oder physikalischer Methoden direkt aus der Umgebungsluft extrahiert, um die Treibhausgaskonzentration zu reduzieren und die Auswirkungen des Klimawandels zu mildern.

Direct Air Carbon Capture (DACC): Eine Technologie, die Kohlendioxid direkt aus der Umgebungsluft abscheidet. Dabei wird CO2 mithilfe chemischer Prozesse von anderen Gasen getrennt, was seine Speicherung oder Nutzung ermöglicht und so die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre reduziert.