Wie funktionieren Direct-Air-Capture und Carbon-Storage?

Wenn wir die Klimaziele erreichen wollen, geht es nicht nur darum, unsere Treibhausgas-Emissionen zu reduzieren, sondern aktiv CO₂ aus der Atmosphäre zu holen. Eine Technologie macht dabei große Hoffnungen: Direct-Air-Capture (DAC). Doch wie funktioniert die CO₂-Filterung aus der Luft? Wie effizient ist diese Methode? Und wohin mit dem ganzen Kohlendioxid? Schauen wir uns das etwas genauer an.

Was ist Direct-Air-Capture?

Beim sogenannten Direct-Air-Capture wird die Umgebungsluft von Anlagen mit riesigen Ventilatoren angesaugt. Im Inneren wird das CO₂ anschließend mithilfe von chemischen Prozessen unter Energiezufuhr abgespalten. Am Ende bleibt reines Kohlendioxid übrig.

Die größte CO₂-Filteranlage befindet sich auf Island und trägt den Namen „Orca“, was „Energie“ auf Isländisch bedeutet. Betrieben wird sie vom isländischen Unternehmen Carbfix und dem Schweizer Cleantech Start-up Climeworks. Die Technik wird völlig klimaneutral vom Geothermie-Kraftwerk ON Power angetrieben – ein Standortvorteil Islands. Orca gilt als Pionier-Modell und hat stolze 10 bis 15 Millionen Dollar gekostet. Das Projekt wurde mithilfe von Investoren wie Microsoft und Audi finanziert.

Was ist CO₂-Mineralisierung (Carbon Storage)?

Das CO₂, welches nach der Filterung übrigbleibt, kann mit Wasser vermischt und an geeigneten Stellen tief in die Erde gepumpt werden. Gute Voraussetzungen hierfür liefert ein Untergrund aus Basalt. Im Verlauf von zwei Jahren verbindet sich das CO₂ in bis zu 2.000 Metern Tiefe mit dem Gestein und wird mineralisiert – es wird buchstäblich fest. Laut dem Fraunhofer Institut könnten durch Carbon Storage weltweit 14.000 Gigatonnen CO₂ geologisch gespeichert werden. Das Kohlendioxid könnte auf diese Weise im besten Fall für Jahrmillionen verschwinden.

Vorteile und Nachteile von Direct-Air-Capture und Carbon Storage

Hier bekommst du einen kurzen Überblick darüber, welche Vor- und Nachteile das Filtern und geologische Speichern von CO₂ hat.

Vorteile

• unabhängig von Bio-Systemen (Natur)
• benötigt wenig Land
• effektive CO₂-Speicherung über sehr langen Zeitraum möglich

Nachteile

• hoher Energiebedarf (1390 bis 2780 kWh pro 1 Tonne CO₂)
• hoher Wasserbedarf (25 Tonnen Wasser pro 1 Tonne CO₂)
• standortabhängig, da bestimmte Bodenverhältnisse notwendig sind
• mögliche Umweltfolgen von CO₂-Mineralisierung im Untergrund bisher unbekannt

Eine Alternative zur CO₂-Mineralisierung: Carbon Capture and Utilization (CCU)

Doch das CO₂ müsste nicht unbedingt in die Erde gepumpt werden. Es ließe sich auch „weiterverwenden“ – etwa als Baustoff (Beton), als Plastik (Kunststoff) und Treibstoff. Dieses CO₂ wäre jedoch nur ein emissionsnegativer Rohstoff, wenn die Filterung und Abspaltung aus der Luft mit 100 Prozent erneuerbaren Energien stattfinden würden. In diesem Fall wäre dies ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf. Ob das angesichts der hohen Energiemenge, die für solche Prozesse benötigt wird, umsetzbar ist, steht momentan infrage.

Negativemissionen: Müssen wir wirklich CO₂ aus der Luft holen?

Aber müssen wir wirklich Kohlendioxid aus der Luft filtern? Reicht es nicht, den Ausstoß von Emissionen einfach zu reduzieren? Diese Fragen sind nicht restlos geklärt, versichert Prof. Dr. Julia Pongratz, Klimaforscherin der LMU München. Es gäbe demnach Szenarien, die deutlich unter der 2-Grad-Grenze bleiben und ohne Negativemissionen auskommen. Das kann jedoch nur gelingen, wenn der allgemeine Ausstoß von Emissionen innerhalb kürzester Zeit schnell verringert wird. Es existiert allerdings kein einziges 1,5-Grad-Szenario, dass ohne Negativemissionen funktioniert. Das Filtern von CO₂ aus der Atmosphäre bleibt weiterhin ein wichtiges Thema.

Laut dem IPCC (AR6 WG3) müssen zum Erreichen des 1,5-Grad-Ziels zusätzlich zur Reduktion der allgemeinen Emissionen jährlich 3,8 Gigatonnen CO₂ aus der Atmosphäre geholt werden. Das Ziel ist dabei die Emissionen wirklich auf einen Wert von Null zu reduzieren. Und selbst dann bleibt Direct-Air-Capture weiterhin notwendig.

„Zur Erreichung des 1,5-Grad-Ziels und der Eindämmung des Klimawandels werden negative Emissionen immer unvermeidbarer. Eine der Optionen, mit der wir diese möglicherweise erreichen können, ist DACCS (Direct-Air-Capture and Storage)“, erklärt Dr. Barbara Breitschopf, Projektleiterin am Fraunhofer ISI.

Carbon Capture and Storage: Ein realistisches Szenario

Zu diesem Zeitpunkt gibt es 27 Direct-Air-Capture-Anlagen auf der Welt, von denen allerdings noch nicht alle in Betrieb sind. Diese haben bisher 0,01 Megatonnen CO2 aus der Luft geholt. Es existieren Pläne für weitere 130 vergleichbare Anlagen. Diese würden laut der IEA bis 2050 rund 75 Megatonnen CO₂ aus der Luft filtern können. Damit sind wir noch tausendfach von den angestrebten 3,8 Gigatonnen Kohlendioxid entfernt.

Forschende schätzen den Anteil von Direct-Air-Capture im Bereich der Negativemissionen bis 2050 auf weltweit 8 bis 14 Prozent. Dabei würden diese Anlagen 0,2 bis 05 Prozent des weltweiten Energiebedarfs benötigen.

Da wir wahrscheinlich nicht ohne Negativemissionen auskommen werden, um die Klimakrise zu bewältigen, ist Direct-Air-Capture und auch Carbon-Storage eine zusätzliche Maßnahme neben vielen weiteren Aktionen, um CO₂ aus der Luft zu binden.

„Ich glaube, dass es sehr sinnvoll ist, dass man über ein Portfolio nachdenkt aus den verschiedenen CO₂-Entnahme-Methoden. Eben auch deswegen, weil die alle unterschiedliche Vor- und Nachteile haben“, erklärt Prof. Dr. Julia Pongratz, Klimaforscherin der LMU München gegenüber dem ZDF.

Direct-Air-Capture benötigt viel Energie, dafür aber wenig Land. In Kombination mit Methoden, die wenig Energie, dafür aber viel Land brauchen, ist dies eine gute Mischung. Zu letzteren Möglichkeiten zählen Aufforstung, Biomasse-Plantagen und die Wiedervernässung von Mooren. Zum Vergleich: Wenn nur 3 Prozent der terrestrischen Erdoberfläche mit Mooren bedeckt wären, würde dies erstaunliche 600 Milliarden Tonnen CO₂ speichern.