CCUS – Carbon Capture als mögliche Lösung zur Klimaneutralität?

Innovative Technologie wollen den Klimawandel durch CO2 Capture bekämpfen

CO2 Capture
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Autor: Lara-Sophie Buckow

Heute wird deutlich mehr CO2 produziert, als natürlich abgebaut wird. Die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas für die Energiegewinnung macht einen großen Teil aus. Gleichzeitig findet eine massive Rodung von Wäldern statt und Gewässer trocknen aus. Dies hat zur Folge, dass der natürliche Abbau von Kohlenstoffdioxid nicht mehr im selben Rahmen wie zuvor möglich ist.

Carbon Capture bietet eine innovativen Lösunsgansatz für das Problem. Die Abscheidung von CO2 bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe und eine unterirdische Speicherung sollen es laut Wissenschaftlern ermöglichen, rund 65 bis 80 Prozent des CO2 dauerhaft aus der Atmosphäre fernzuhalten. Was genau dahinter steckt erfahren Sie hier.

CCUS: CO2 Capture als innovativer Lösungsansatz?

Da vieles in unserem Alltag nicht mehr so einfach wegzudenken, beziehungsweise eine so dramatische Veränderung unserer Lebensweise unrealistisch ist, setzen Wirtschaft sowie Industrie auf CO2 Capture Maßnahmen. Das Treibhausgas wird dabei aus der Luft oder direkt bei der Produktion, also beispielsweise bei der Verbrennung von Kohle gesammelt und dann entweder in Speichern gelagert oder als Bestandteil von neuen Produkten sowie Leistungen verwendet. Dieser Prozess nennt sich carbon capture, utilisation and storage (CCUS oder CCS), also Kohlenstofferfassung, -benutzung und -lagerung.

Nicht umsonst startete im Jahr 2015 die von Elon Musk unterstützte XPRIZE einen mit 20 Millionen US-Dollar dotierten Preis, um die Carbontech-Wirtschaft anzukurbeln. Die Gewinner wurden erst dieses Jahr bekannt gegeben und sind die kanadische Carboncure, welches bei der Betonherstellung anfallendes CO2 extrahiert und recycelt, sowie die UCLA Carbonbuilt, welches ein System entwickelte, das CO2 aufnimmt und eine Zementalternative schafft das weniger auf das umweltschäde Portlandzement angewiesen ist.

 CO2 capture Xprize CCUS

Source & Copyright Carboncure

Was genau ist CCUS?

Diese Verfahren gibt es schon bereits der 1970er Jahren, im größeren Stil allerdings erst seit den 1990ern. Mit der Zunahme an Treibhausgasen gewinnt CO2 Capture immer mehr an Aufmerksamkeit, da die natürlichen Ressourcen das CO2 in der Atmosphäre nicht mehr ausreichend absorbieren können. Es gibt verschiedene Methoden, um das Kohlenstoffdioxid aufzufangen und entsprechend weiterzuverwenden. Hier die wichtigsten Technologien:

Uebersicht Carbon Capture CCUS Process

Prozess von CCUS, Source & Copyright by iea

1. Chemical absorption:

Diese Technologie der chemischen Aufnahme ist bereits länger in Verwendung und stellt eine relativ unkomplizierte Möglichkeit des CO2 Capture dar. Durch die Reaktion von CO2 mit einem chemischen Lösungsmittel wird das Kohlenstoffdioxid aus der Luft getrennt. Dies ermöglicht die Gewinnung von reinem CO2.

2. Physical separation:

Die physikalischen Trennung findet aktuell vor allem bei Gasverarbeitungen Anwendung. Das CO2 wird durch eine Oberfläche oder eine Flüssigkeit sowie schließlich mit Hitze oder Druck von den anderen Bestandteilen in der Luft getrennt.

3. Oxy-fuel separation:

Diese Technologie befindet sich noch in der Testphase und findet vor allem bei der Energiegewinnung durch Kohle sowie der Zementproduktion Nutzung. Der Brennstoff wird durch nahezu 100%igen Sauerstoff verbrannt sowie das daraus entstehenden CO2 aufgefangen.

4. Membrane separation:

Auch diese Technologie ist aktuell noch nicht ausgebreitet. Sie basiert auf Membranen, also polymer oder anorganischen Vorrichtungen, welche die Luft in ihre einzelnen Bestandteile trennen. So wird Kohlenstoffdioxid von den anderen Gasen separiert und gesammelt.

5. Calcium looping:

Diese Methode findet durch zwei aufeinanderfolgenden Prozessen statt. Innerhalb des ersten trennt Kalziumoxid, also gebrannter Kalk, das CO2 von anderen Gasen zu trennen und zu Kalziumkarbonat zu formen. Im zweiten Schritt wird das Kalziumkarbonat wieder in seine Einzelstücke getrennt: Gebrannter Kalk, der für den ersten Schritt wiederverwendet wird, sowie reines Kohlendioxid.

6. Chemical looping:

Auch hier ist der Prozess in zwei Schritte unterteilt. Zunächst binden Metallstücke Sauerstoff an sich. Das daraus entstehende Metalloxid wird im zweiten Schritt mit Kraftstoff in Verbindung gebracht. Die daraus entstehende Reaktion produziert Energie sowie reines CO2. Das Metall wird für den ersten Schritt wiederverwendet.

Transportmöglichkeiten via Pipeline, Schiff oder LKW

Der Transport von CO2 wiederum ist relativ simpel. Wie Öl oder andere Gase kann der Transport für größere Distanzen und Mengen durch eine Pipeline oder als Cargo per Boot stattfinden. Vor allem in Nordamerika ist die Nutzung von Pipelines an Land für den CO2-Transport bereits allgegenwärtig. In Zukunft soll sich das Netz dafür sowie die Initialisierung von sogenannten CO2 Capture Hubs weiter ausbauen.

Während Pipelines zwar große Mengen an CO2 sicher sowie schnell über längere Distanzen transportieren können, sind sie unflexibel und teuer, wenn sie nur für geringe Mengen installiert sind. Der Transport per LKW oder Boot gestaltet sich obwohl teurer, deutlich flexibler. Durch die Hubs sowie den lokalen Transport wäre es somit möglich, dass auch kleinere Regionen eigenständig Carbon Capture betreiben und es schließlich von den Hubs zentriert sowie gesammelt per Pipeline in CO2-Lager transportieren könnten.

Vielseitige Nutzung von CO2 möglich

Nachdem das CO2 gesammelt ist, steht die Weiterverwendung an. Es bestehen schon heute zahlreiche Methoden um Kohlenstoffdioxid in unterschiedlichen Industrien zu verwenden. Man unterscheidet hier vor allem zwischen zwei Verfahren: Conversion (Umwandlung) und Non-conversion (Ohne Umwandlung). Bei ersterer wandelt sich das CO2 durch chemikalische sowie biologische Veränderung so um, dass es in einer anderen Form als Rohstoff dient. Bei der Verwendung ohne Umwandlung findet die Nutzung des CO2 in seiner ursprünglichen Form statt.

Auflistung der Nutzungsmoeglichkeiten von CO2 Capture CCUS

Verwendungsmöglichkeiten von CO2, Source & Copyright by iea

Am ehesten ist wohl CO2 in Form von Trockeneis für die Lagerung von verderblichen Lebensmitteln sowie für besondere Effekte bekannt. Man kann aber auch Harnstoff (Urea) daraus herstellen, was in Kosmetikprodukten sowie als Stickstoffdünger in der Landwirtschaft oder als Reduzierungsmethode von Stickoxiden zum Einsatz kommt.

Auch in anderen Formen findet die Industrie von CO2 Gebrauch. Immer wieder gibt es Innovationen in den Bereichen von der Umwandlung in Treibstoffe, als Alternativprodukt in der Herstellung von Chemikalien sowie als Baumaterial. Durch die Zunahme von Forschung und Entwicklung der CO2-Verwendung nimmt der Fortschritt stetig zu.

Lagerungsmöglichkeiten sind mit Risiken verbunden

Trotz der vielseitigen Nutzung von CO2, ist die Lagerung von überschüssigem Kohlenstoffdioxid weiterhin notwendig. Dies ist vor allem in unterirdischen Speichern möglich. Meist ab 800 Metern unter der Erde sind diese Speicher auf Grund mehrerer Schichten ideal zur sicheren Lagerung des Gases vorhanden. Die größten Kapazitäten bieten aktuell Salzsteinhöhlen oder ausgeschöpfte Gas- und Ölreservoirs. Weitere Methoden zur Lagerung sind bereits in der Testphase. Global gesehen, stehen nach Angaben der International Energy Agency (IEA), ausreichend Speicher zur Lagerung von CO2 zur Verfügung.

Laut Umweltbundesamt ist vor allem der zusätzliche Energieaufwand für die Abscheidung, den Transport und die Speicherung problematisch. Einen effektiven Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels könne die Speicherung von CO2 nur leisten, wenn das eingelagerte CO2 dauerhaft und vollständig in den Speichern verbleibt. Diese Anforderung setzt auch das Kohlendioxidspeicherungsgesetz. Gesundheitsrisiken können sich infolge von Unfällen bei den unterirdischen Anlagen, etwa Entweichen des CO2, oder durch eine allmähliche Freisetzung aus dem Speicherkomplex ergeben. Oberirdische Anlagen seien bedenklich hinsichtlich Auswirkungen auf Flora, Fauna und Biodiversität.

Fazit: CO2 Capture als umstrittener Hoffnungsträger

Die Auswirkungen der erhöhten Mengen an CO2 erleben sind allgegenwärtig. Extreme Wetterereignisse treten nicht mehr vereinzelt pro Jahrhundert auf, sondern sind regelmäßig zu verzeichnen. Der Klimawandel ist nicht mehr zu leugnen und es ist dringend Zeit etwas dagegen zu tun. Dies kann nur gelingen, wenn CO2 als Nebenprodukt so stark wie möglich reduziert wird sowie das nach der natürlichen Absorbierung übrig gebliebene Gas einzufangen. Die verschiedenen Methoden des Carbon Capture und Storage stellt eine bisher umstrittene Lösung dar. Methoden der Weiternutzung sind eher als Lichtblick anzusehen, doch aktuell noch längst nicht für den Einsatz im größeren Rahmen ausgereift.

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