Prozesse und Illusionen zur direkten Kohlenstoffabscheidung aus der Luft (DAC)

Da die weltweite Verpflichtung zur Bekämpfung Klimawandel intensiviert, Direkte Kohlenstoffabscheidung aus der Luft (DAC) ist eine vielversprechende, aber umstrittene Technologie im Arsenal der Kohlendioxid-Entfernungsstrategien (CDR). In diesem Artikel werden die grundlegenden Prinzipien der DAC-Technologie erläutert, verschiedene Ansätze wie feste Sorptionsmittel und flüssige Lösungsmittel analysiert und der aktuelle 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

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]

Die Gesamteffizienz von DAC-Systemen kann je nach eingesetzter Technologie und Design erheblich variieren. Zu den verschiedenen Methoden gehören Hochtemperatur-Sorbentien, wässrige Lösungsmittel auf Aminbasis und alkalische Mineralisierung. Einem Bericht des Global CCS Institute zufolge können Hochtemperatur-Sorbentien 90% CO₂ abscheiden, während Aminlösungen ähnliche Ergebnisse bei geringeren Energiekosten erzielen können. Jede 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.

Überblick über verschiedene DAC-Ansätze und Technologien

Technologien zur direkten Abscheidung von Kohlendioxid aus der Luft (Direct Air Carbon Capture, DAC) können grob in zwei Hauptansätze unterteilt werden: flüssigkeitsbasierte und feststoffbasierte Systeme. 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 verwendet, 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 ist bei der direkten Kohlenstoffabscheidung aus der Luft (Direct Air Carbon Capture, DAC) ein wichtiger Faktor, 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.

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