Kampf gegen CO₂ mit einem Cellulose-Vlies

Laut Agora Energiewende, einer Institution, die sich für das Erreichen der Klimaziele Deutschlands einsetzt, sind hierzulande im vergangenen Jahr mit 772 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid 33 Millionen Tonnen mehr emittiert worden als 2020. Auch weltweit war der Trend ähnlich. Kein Wunder, dass der Weltklimarat (IPCC) nicht daran glaubt, dass die Klimaziele durch Emissionssenkungen erreicht werden können. Milliarden Tonnen CO₂ müssten aktiv aus der Atmosphäre entfernt werden, fordern die Klimaexperten.

Imprägniertes Vlies fängt CO₂-Moleküle ein

Es gibt bereits Techniken, mit denen das möglich ist. Doch sie sind energieaufwändig und damit teuer. Deutsche Forscher aus Wissenschaft und Industrie sind jetzt auf dem Weg, das Problem zu lösen. Sie haben ein Verfahren entwickelt, das mit weit weniger Energie auskommt. Genau lasse sich die Einsparung allerdings noch nicht einschätzen, meint Frank Hermanutz von den Deutschen Instituten für Textil und Faserforschung (DITF) in Denkendorf bei Stuttgart, der mit seinem Team die entscheidende Komponente entwickelt: Ein auf besondere Art gesponnenes Endlosvlies aus Cellulosefasern. Imprägniert ist es mit Aminen, das sind organische Verbindungen. Es ist den Forschern in Denkendorf gelungen, diese so fest an die Fasern zu heften, dass sie sie mehrere Filterdurchgänge überstehen, ohne sich zu lösen. Gleichzeitig ist das Vlies so porös, dass eine geringe Pumpleistung genügt, um Luft hindurchzudrücken.

In Basalt wird das Klimagas zum Stein

Amine haben die Eigenschaft. Kohlenstoffdioxid zu binden und eisern festzuhalten, bis sie erwärmt werden. Dann lassen die Amine los, sodass das Klimagas frei wird und eingefangen werden kann. Es lässt sich dann als Rohstoff nutzen, etwa um Elektroden für Batterien, Treibstoffe oder chemische Rohstoffe herzustellen. Noch effektiver fürs Klima ist es, das Klimagas endzulagern, etwa in poröse Basaltformationen tief in der Erde. Innerhalb von weniger als zwei Jahren versteinert es dort zu Carbonat, ist also für alle Zeiten aus der Atmosphäre entfernt. In einem Pilotversuch haben isländische Forscher das am Reykjavik Energy Hellisheidi Geothermiekraftwerk bewiesen.

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Kontinuierlicher Prozess

Neben dem mit Aminen getränkten Vlies ist das Design der Filteranlage entscheidend für den geringen Energieverbrauch. Das Vlies bewegt sich ähnlich wie ein Förderband über Umlenkrollen. Ein Teil davon wird, während es sich langsam bewegt, mit Luft beaufschlagt, deren Bestandteile ungehindert passieren können. Lediglich das CO₂ wird zurückgehalten. Nach und nach verschwindet das Vlies dann in einer Wärmekammer. Während es diese langsam passiert wird das Klimagas frei und kann eingefangen werden. Nach Verlassen der Wärmekammer fängt es erneut CO₂ ein.

Noch weniger Energie dank Solarthermie

Außer den DITF sind an der Entwicklung Forscher des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg in Stuttgart, des Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg und von Mercedes-Benz Sindelfingen beteiligt. Das Gerät soll unter anderem in Klimaanlagen integriert werden. Zusätzliche Pumpen sind dann überflüssig. Die Wärmekammer könnte zumindest zweitweise mit solarthermischer Energie auf die nötige Temperatur gebracht werden, zwei weitere Faktoren, die den Energieverbrauch senken.

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Amine in der Rauchgaswäsche erprobt

Amine wurden bereits vor Jahren genutzt, um Rauchgase von Kohlekraftwerken von CO₂ zu befreien. Dazu wurden diese durch eine mit der organischen Verbindung gefüllte Wanne geleitet. Wenn die maximale Aufnahmekapazität der Amine erreicht war mussten sie komplett erwärmt werden, was sehr energieaufwändig war. Deshalb hat sich dieses Verfahren nicht durchgesetzt.

Besser macht es Climeworks, der Pionier der CO₂-Gewinnung aus Luft in der Schweiz. Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ), aus der Climeworks hervorgegangen ist, hatten eine Art Schwamm entwickelt, der Kohlenstoffdioxid magisch anzieht. Wie bei der Rauchgasreinigung muss der CO₂-Fänger von Zeit zu Zeit extern auf rund 100 Celsius erwärmt werden, um das Klimagas freizusetzen.

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Konkurrenz für Climeworks in Sicht

Forscher an der der Ingenieursschule der Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) in Zürich und Winterthur haben einen CO₂-Fänger entwickelt, der das Klimagas bereits bei einer Temperatur von 50 Grad freigibt, also weniger Energie benötigt. Er besteht aus Polyethylenimin, einem speziellen Kunststoff, und einer ionischen Flüssigkeit, das ist ein Salz, das bei Zimmertemperatur flüssig ist. Die Entwickler nennen das ähnlich wie Kreide aussehende Material IMPE-Cap – IMPE steht für ZHAW-Institute of Materials and Process Engineering.

Unternehmen wollen CO₂-neutral werden

Industriell genutzt wird bisher nur der Climeworks-Filter. So schlossen im August 2021 Climeworks und die Rückversicherung Swiss Re einen Vertrag mit einem Volumen von zehn Millionen US-Dollar über den Kauf von CO₂-Filtern. Damit wollen die Versicherer bis 2030 ihre Klimagas-Bilanz auf Null oder noch darunter bringen. Erst am 20 Dezember 2021 schloss Climeworks mit der weltweit tätigen LTG-Bank in Liechtenstein einen Vertrag über die Lieferung von Filtern, die innerhalb von zehn Jahren 9.000 Tonnen CO₂ aus der Luft entfernen sollen, um Klimaneutralität zu erreichen.

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