Die globalen Bemühungen um den Klimaschutz stehen vor einer harten Realität. Trotz Rekordausbau bei Windkraft und Photovoltaik steigen die globalen CO₂-Emissionen weiter. Die zentrale Schwäche der aktuellen Klimapolitik wird sichtbar: Vermeidung allein reicht nicht. CO₂ muss zusätzlich aktiv aus technischen Prozessen entfernt und langfristig gebunden werden.
Eine Lösung für dieses Problem könnte in einer Ressource liegen, die Industriebetriebe bisher eher als Entsorgungsfall betrachten: alkalisches Abwasser. Eine aktuelle Studie des Helmholtz-Zentrums Hereon zeigt, dass Abwässer aus der Stahl- oder Zementproduktion das Potenzial haben, weltweit bis zu 30 Mio. t CO₂ pro Jahr chemisch zu binden.
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Die Natur als Vorbild für die Industrie
Die Idee hinter dem Verfahren ist nicht neu. Die Forschenden nutzen ein Prinzip, das die Natur seit Milliarden von Jahren anwendet. Bei der Verwitterung von kalkhaltigem Gestein entstehen Karbonate. Diese gelangen über den Regen in Flüsse und Meere. Dort reagieren sie mit dem im Wasser gelösten CO₂ und binden es langfristig.
Bisher gab es Überlegungen, dieses Prinzip künstlich zu beschleunigen. Man wollte Gesteinsmehl in großem Stil per Lkw, Bahn und Schiff zu den Ozeanen transportieren und dort verstreuen. Der logistische Aufwand und der Energieverbrauch wären jedoch enorm. Zudem bleibt unklar, wie schnell die Reaktion auf offener See tatsächlich abläuft.
Das Team um Prof. Helmuth Thomas, Leiter des Hereon-Instituts für Kohlenstoffkreisläufe, wählt einen anderen Weg. Sie verlagern den Prozess direkt auf das Industriegelände. Statt Gestein zu mahlen, nutzt das Verfahren bereits vorhandene alkalische Flüssigkeiten.
Chemie-Unterricht im industriellen Maßstab
Das technische Prinzip dahinter ist vergleichsweise einfach. Wer im Chemie-Unterricht aufgepasst hat, kennt die Reaktion einer Säure mit einer Lauge. „Unser Verfahren basiert im Grunde auf einer Reaktion, die man noch aus dem Chemieunterricht kennt – der Neutralisierung einer Lauge durch eine Säure“, erklärt Prof. Helmuth Thomas.
In diesem Fall fungiert das CO₂ als Säurelieferant. Wenn Kohlendioxid mit Wasser in Kontakt kommt, bildet sich Kohlensäure. Trifft diese auf die alkalischen Abwässer der Industrie, entsteht Hydrogenkarbonat. In dieser Form geht das CO₂ in den natürlichen anorganischen Kohlenstoffkreislauf über. Als gelöstes Hydrogenkarbonat bleibt es unter typischen Umweltbedingungen stabil gebunden und entweicht nicht kurzfristig wieder in die Atmosphäre.
Abwasser als reaktive Ressource
In der aktuellen industriellen Praxis sind diese alkalischen Abwässer eher eine Belastung. Bevor Unternehmen das Wasser in Flüsse einleiten dürfen, müssen sie den hohen pH-Wert senken. Dafür setzen sie meist Schwefel- oder Salzsäure ein. Das Potenzial, mit diesen alkalischen Strömen CO₂ zu binden, bleibt bislang ungenutzt.
Würde man stattdessen CO₂ zur Neutralisation einsetzen, ergäben sich zwei direkte Effekte: Die Betriebe sparen sich den Zukauf von Mineralsäuren und binden gleichzeitig ein klimaschädliches Abgas. Entscheidend dabei: Die Neutralisation ist ohnehin erforderlich – der zusätzliche Energieaufwand bleibt gering.
Die folgende Tabelle verdeutlicht die Unterschiede der Ansätze:
| Merkmal | Aktuelle Praxis | Neues Hereon-Verfahren |
| Neutralisationsmittel | Schwefel- oder Salzsäure | CO₂ (Kohlensäure) |
| Ergebnis | Neutralisiertes Abwasser | Gebundenes Hydrogenkarbonat |
| Klimawirkung | Neutral | Aktive CO₂-Bindung |
| Logistik | Zukauf von Chemikalien | Nutzung von Abgasströmen |
Globales Potenzial von 30 Millionen Tonnen
Die entscheidende Frage für die Industrie ist die Skalierbarkeit. Helmuth Thomas hat für verschiedene Anlagentypen den CO₂-Umsatz berechnet. Das Ergebnis: Der Prozess ist technisch einfach integrierbar und energetisch sinnvoll. Da die Reaktion direkt vor Ort stattfindet, lassen sich die Stoffströme exakt bilanzieren.
Ein weiterer Vorteil ist die technologische Reife. „Das Großartige daran ist, dass die Anlagentechnik bereits verfügbar ist“, betont Thomas. Es bedarf keiner grundlegenden Neuentwicklungen. Die Industrie könnte kurzfristig mit der Umsetzung beginnen.
Gleichzeitig ist die Größenordnung einzuordnen: Die globalen CO₂-Emissionen liegen derzeit bei rund 40 Milliarden Tonnen pro Jahr. Das Verfahren adressiert also nur einen Teil des Problems – allerdings einen technisch gut erschließbaren und sofort nutzbaren.
Das tatsächliche Potenzial hängt zudem stark von der chemischen Zusammensetzung der Abwässer ab. Besonders relevant sind stark alkalische Ströme aus der Zement- und Stahlproduktion.
Integration in bestehende Prozesse
Eine zentrale Voraussetzung ist die Verfügbarkeit von CO₂. In der Praxis bedeutet das: Das Verfahren muss mit bestehenden Abgasströmen kombiniert werden oder eine CO₂-Abtrennung voraussetzen. Ohne diese Kopplung ist der Ansatz nicht direkt einsetzbar.
Auch die Auswirkungen auf Gewässer müssen differenziert betrachtet werden. Entscheidend ist die Einhaltung der lokalen Wasserchemie. Laut Hereon lässt sich der pH-Wert präzise steuern, sodass bestehende Grenzwerte eingehalten werden können. Langfristige ökologische Effekte bleiben jedoch standortabhängig und müssen im Einzelfall bewertet werden.
