Klimaschutz

Was steckt hinter dem Begriff Carbon Capture?

Für einen wirksamen Klimaschutz muss die Menschheit ihre CO₂-Emissionen drastisch senken. Doch das allein wird nach Einschätzung des UN-Weltklimarats nicht ausreichen, um die Erderwärmung bei maximal 1,5 Grad Celsius zu halten. In ihrem jüngsten Sonderbericht zum Weltklima raten die Experten, zusätzlich CO₂ aus der Luft herauszufiltern. Technisch ist das tatsächlich bereits möglich. Es gibt eine ganze Reihe kreativer Filtertechnologien – von mobilen CO₂-Saugern in Güterwagen bis zu Kohlendioxidfiltern in Fabrikgröße. Doch was kann die sogenannte „Carbon Capture Technology“ in Zukunft leisten?

In den vergangenen Jahren haben Forschergruppen und Unternehmen verschiedene Verfahren entwickelt, um Treibhausgase wieder aus der Atmosphäre zu entfernen. Im Fokus steht dabei Kohlendioxid, das beim Verbrennen fossiler Stoffe wie Kohle, Öl oder Erdgas freigesetzt wird. Ein vielversprechender Weg, das klimaschädliche Gas in der Atmosphäre zu reduzieren, ist die „Direct Air Capture“-Methode. Dabei wird CO₂ mit Hochleistungsfiltern direkt aus der Luft gewaschen und anschließend genutzt oder dauerhaft im Boden gespeichert.

Der klimafreundliche „Anti-Kohlendioxid-Zug"

Neben drastischen CO₂-Einsparungen kann diese „Negativemissionstechnologie“ zu einer zweiten Waffe im Kampf gegen das Treibhausgas werden. Die Technik macht es möglich, historische und auch in Zukunft unvermeidbare Kohlendioxidemissionen aus der Luft zu filtern und klimaunschädlich zu machen. Das ist wichtig, weil besonders energieintensive Branchen wie die Eisen- und Stahlindustrie, die Zementproduktion oder die Grundstoffchemie noch längere Zeit benötigen werden, um klimaneutral zu arbeiten. Das Problem bei der CO₂-Filtertechnologie: Um die Kohlendioxidmoleküle auf die Filter zu lenken, bedarf es großer Ventilatoren und viel Energie. Das macht den Betrieb der Anlagen teuer – und verursacht im ungünstigsten Fall neue CO₂-Emissionen, falls die eingesetzte Energie nicht aus regenerativen Quellen kommt.

Das texanische Start-up CO2Rail will Eisenbahnwaggons mit CO₂-Filtern ausstatten und so ganze Züge zu mobilen CO₂-Sammlern machen. Das Bild zeigt eine Simulation eines solchen „Klimazugs“.

Das texanische Start-up CO2Rail hat gemeinsam mit Forschern mehrerer Universitäten eine elegante Lösung für dieses Problem gefunden. Das Unternehmen will die Filter in Eisenbahnwaggons einbauen und so ganze Züge zu mobilen CO₂-Sammlern machen. Über große Trichteröffnungen wird die Luft während der Fahrt direkt auf eine Hightech-Filtereinheit in den Waggons geleitet. Ventilatoren sind überflüssig. Im Filter sorgt eine Absorber-Flüssigkeit dafür, dass das CO₂ gebunden wird. Durch Erhitzen oder durch Unterdruck wird das klimaschädliche Gas schließlich wieder aus dem Filter gelöst, verflüssigt und in einem Drucktank gespeichert.

Der größte Teil des hierfür benötigten Stroms wird dabei aus Solarzellen auf den Waggondächern und per Rückgewinnung der Bremsenergie gewonnen. CO2Rail versorgt sich so weitgehend selbst mit Energie. Das macht das Verfahren günstig und besonders klimaschonend. Ein weiterer Vorteil des Konzepts: Schon ein einziger Waggon könnte pro Jahr zwischen 3000 und 6000 Tonnen CO₂ aus der Luft filtern. So könnten in Zukunft „Anti-Kohlendioxid-Züge“ über das Schienennetz rollen, die nicht nur Güter transportieren, sondern gleichzeitig klimaschädliches CO₂ aus der Luft filtern.

Filteranlage holt 4000 Tonnen CO₂ aus der Luft

Das Schweizer Unternehmen Climeworks geht einen anderen Weg, um Kohlendioxid aus der Atmosphäre „zurückzuholen“. Bereits 2017 hat das Start-up die weltweit erste CO₂-Filteranlage in Hinwil bei Zürich installiert. Im selben Jahr entstand eine zweite und die bislang weltweit größte Anlage in Island. Sie saugt die Umgebungsluft mithilfe von Ventilatoren in Kollektormodule, in denen hochselektive Kohlendioxidfilter arbeiten. Haben sie genügend CO₂ eingefangen, werden sie auf etwa 100 Grad Celsius erhitzt, und die klimaschädlichen Moleküle lösen sich. Das CO₂ liegt nun in hochkonzentrierter Form vor, wird mit Wasser vermischt und tief ins isländische Basaltgestein gepresst. Durch natürliche Mineralisation reagiert das Treibhausgas mit dem Basalt und wird innerhalb weniger Jahre zu Stein. So verschwindet das Kohlendioxid dauerhaft aus der Atmosphäre.

Derzeit baut das Schweizer Unternehmen Climeworks eine weitere CO₂-Filteranlage in Island. Die Anlage trägt den Namen „Mammut“ und soll ab 2030 jährlich 36.000 Tonnen CO₂ aus der Atmosphäre filtern können.

Die Besonderheit der „Orca“ genannten Anlage: Die für ihren Betrieb notwendige Energie ist klimafreundlich und stammt aus einem Geothermiekraftwerk in der Nähe. Darum produziert „Orca“ hohe CO₂-Negativemissionen. Die aus insgesamt acht Kollektormodulen bestehende Anlage filtert pro Jahr etwa 4000 Tonnen Kohlendioxid aus der Luft. Das entspricht der jährlichen Emission von rund 800 Autos.

31,5
Milliarden
Tonnen Kohlendioxid werden laut Internationaler Energieagentur (IEA) derzeit pro Jahr weltweit ausgestoßen.

Die nächste, sehr viel größere Filteranlage mit einer jährlichen Kapazität von 36.000 Tonnen CO₂ befindet sich bereits im Bau und wird 2024 in Betrieb gehen. Sie entsteht ebenfalls in Island und arbeitet wie „Orca“ mit klimafreundlicher geothermischer Energie. Insgesamt will Climeworks bis 2050 mit weiteren Anlagen eine Milliarde Tonnen CO₂ aus der Erdatmosphäre herausfiltern. Die Technologie hat großes Potenzial. Zum Vergleich: Derzeit liegt der globale Kohlendioxidausstoß laut Internationaler Energieagentur (IEA) bei 31,5 Milliarden Tonnen pro Jahr.

Kritik an unterirdischer CO₂-Lagerung

Noch ist allerdings die unterirdische Lagerung des aus der Luft gefilterten Kohlendioxids umstritten. Umweltschützer und Bürgerinitiativen sorgen sich um die Sicherheit des unter „Carbon Capture and Storage“ (CCS) bekannten Verfahrens, falls das CO₂ aus den Lagerstätten durch Lecks wieder entweichen könnte. Hier besteht weiterer Forschungsbedarf. Aktuell lehnen alle Bundesländer hierzulande die unterirdische Lagerung von CO₂ daher noch ab.

Wohin also mit dem aus der Atmosphäre gefilterten Kohlendioxid? Eine Möglichkeit besteht darin, das Gas nach dem Filtern aus der Luft zu nutzen, statt es im Boden zu lagern. Perspektivisch kann diese „Carbon Capture and Utilization“ (CCU) genannte Methode der Chemieindustrie helfen. Denn Kohlendioxid eignet sich als Ersatz für fossile Rohstoffe bei der Kunststoffproduktion. Schon jetzt wird aus der Luft zurückgewonnenes CO₂ in der Düngemittelindustrie und bei der Getränkeproduktion eingesetzt. So wird Kohlendioxid zum Rohstoff. Das Konzept der Kreislaufwirtschaft lässt sich somit auch auf CO₂ anwenden und verhindert, dass das Klimagas zur weiteren Erderwärmung beiträgt.

Kohlendioxid und Methan werden zu nützlichen Gasen

Forscher der TU Wien haben eine andere Methode entwickelt, um Kohlendioxid und Methan klimaunschädlich zu machen. Dem Team gelang es, die Umwandlung der Moleküle in nützliche Gase wie Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu beschleunigen – eine weitere Möglichkeit, das aus der Luft gefilterte CO₂ sinnvoll zu nutzen und die umstrittene Speicherung im Boden zu vermeiden.

Lösungen wie diese werden in Zukunft an Bedeutung gewinnen. Denn die Vereinten Nationen schätzen, dass die Welt neben der drastischen Reduzierung der CO₂-Emissionen bis 2050 rund eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entnehmen muss, um das 1,5-Grad-Ziel zu erreichen.

17. November 2022
Klimaschutz

Text: Jens Lehmann. Fotos: Getty Images, Co2Rail Company, Climeworks.

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