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

Da die weltweite Verpflichtung zur Bekämpfung Klimawandel intensiviert, ist Direct Air Capture (DAC), das normalerweise für Direkte Kohlenstoffabscheidung aus der Luft (DACC) ist eine vielversprechende, aber umstrittene Technologie im Arsenal der Kohlendioxid-Entfernungsstrategien (CDR). In diesem Artikel werden die Grundprinzipien der DAC-Technologie erläutert, verschiedene Ansätze wie feste Sorptionsmittel und flüssige Lösungsmittel analysiert und der derzeitige Entwicklungsstand der wichtigsten Branchenakteure beleuchtet. 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

Direct Air Carbon Capture (DAC) technology operates on the principle of chemically capturing carbon dioxide (CO₂) straight from the atmosphere. It typically employs a sorbent or solvent that selectively binds CO₂. Upon saturation, the material is then subjected to a regeneration process, often involving heat or a reduction in Druck, to release the captured CO₂. For instance, systems using solid sorbents might employ a cyclic process where the sorbent is heated to around 100-150 degrees Celsius to release CO₂. This process can be represented by the reaction:
[latex] {CO}_2 + {Sorptionsmittel} {Hochprozentige Teelöffel} {Sorptionsmittel-CO}_2 {(gebundene Form)} [/latex]

Die Gesamteffizienz von DACC-Systemen kann je nach eingesetzter Technologie und Design erheblich variieren. Zu den verschiedenen Methoden gehören Hochtemperatur-Sorbentien, wässrige Lösungsmittel auf Aminbasis und alkalische Mineralisierung. Ein Bericht des 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 method shows distinct trade-offs in energy input, capture efficiency, and scalability potential, which influences the choice of technology based on the application required.

Überblick über verschiedene DACC-Ansätze und Technologien

Technologien zur direkten Kohlenstoffabscheidung aus der Luft (Direct Air Carbon Capture, DACC) können grob in zwei Hauptansätze unterteilt werden: Systeme auf Flüssigkeits- und auf Feststoffbasis. Bei flüssigkeitsbasierten Systemen werden in erster Linie chemische Absorptionsmittel verwendet, um CO2 aus der Luft abzuscheiden. Ein bemerkenswertes Beispiel ist die Verwendung von Kaliumhydroxid (KOH)-Lösungen, die chemisch mit CO2 reagieren und Kaliumcarbonat bilden. Sobald das Absorptionsmittel gesättigt ist, wird ein thermischer Regenerationsprozess eingesetzt, bei dem reines CO2 freigesetzt und das Absorptionsmittel für die Wiederverwendung regeneriert wird. Bei Systemen auf Feststoffbasis werden dagegen Sorptionsmittel eingesetzt, die CO2 binden. Materialien wie aminfunktionalisierte Metalle oder Aktivkohle können CO2 bei Umgebungstemperaturen adsorbieren und bieten den Vorteil eines geringeren Energiebedarfs für die 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

Der Energieverbrauch spielt bei der direkten Kohlenstoffabscheidung aus der Luft (Direct Air Carbon Capture, DACC) eine wichtige Rolle, da die effiziente Entfernung von 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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Glossar der verwendeten Begriffe

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.