Treibhausgase gleich bei ihrer Entstehung wieder einfangen
Treibhausgasneutralität lautet das Ziel in Deutschland bis 2045. Forschende der EPFL in Lausanne sind diesem ein Stück näher gekommen. Ihre Lösung: Drei Produktionsprozesse betrachten, bei denen sich nachhaltig der Kohlenstoff abscheiden und mineralisieren lässt. Ihr Ergebnis: Netto-Null- und Netto-Negativ-Emissionen.
Forschende der EPFL Lausanne haben verschiedene Branchen und Produktionsprozesse gemeinsam betrachtet und so einen Weg gefunden, Emissionen zu reduzieren.
Foto: Rafael Castro-Amoedo / EPFL
Wenn es darum geht, den Klimawandel zu stoppen, gilt die Reduzierung der CO2-Emissionen als ein entscheidendes Werkzeug. Denn gerade diese Emissionen sind maßgeblich dafür verantwortlich, dass die Erde sich erwärmt – mit all den bereits bekannten Folgen. Die Bundesregierung hat deshalb ein klares Treibhausgasminderungsziel vorgegeben: Im Jahr 2030 sollen in Deutschland 65 Prozent weniger CO2-Emssionen ausgestoßen werden als 1990. Bis 2040 müssen sie um 88 Prozent gemindert werden und 2045 strebt die Bundesregierung eine Treibhausgasneutralität an. Auch in anderen Ländern gibt es ähnliche Vorhaben. Die Wissenschaft beschäftigt sich auf zahlreichen Feldern damit, Lösungen zu finden, mit denen die Klimaneutralität erreicht werden kann. Nun wollen Forschende der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und -techniken der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) einen Durchbruch erzielt haben. Das Besondere: Es handelt sich um eine systemweite Integrationslösung, bei der Zementherstellung, Stahlindustrie und Abfallverbrennung berücksichtigt werden.
Nachhaltigkeit in Echtzeit: Wie die Industrie mit einem Klick ihre CO2 -Emissionen reduzieren kann
In ihrer Studie zeigen die Forschenden auf, wie sich CO2 abscheiden und mineralisieren lässt – und zwar direkt innerhalb des Produktionsprozesses. Denn bei der Mineralisierung entstehe eine Reaktion, durch die CO2 endgültig in CO3 umgewandelt wird, also in Form von Karbonaten. Genau diese Form sei nach Ansicht der Forschenden eine sichere und nachhaltige Lösung, um CO2 zu speichern. Karbonate eigneten sich aber nicht nur zur Speicherung, sondern seien auch als Nebenprodukt weiter verwendbar – zum Beispiel als Baustoff oder in der gemischten Zementherstellung. Indem man die Karbonate auf diese Art und Weise verwende, vermeide man den Abbau von weiteren Ressourcen und reduziere damit die Emissionen. Ferner trage dies sogar zu einer Kreislaufwirtschaft bei.
Industrieprozesse zusammenführen mit dem Ziel „Netto-Null“-Emissionen
Die Forschenden hatten bei ihren Untersuchungen die Idee einer Systemintegration. Ihnen schwebt vor, zuvor getrennt voneinander stattfindende industrielle Prozesse zusammenzuführen. Denn alleine dadurch versprachen sie sich als Ergebnis, die Emissionen in Schlüsselbereichen der Produktionsschritte zu senken. „Es reicht nicht aus, fossile Brennstoffe durch erneuerbare Energien zu ersetzen, um das Ziel Netto-Null zu erreichen. In dieser Studie zeigen wir, wie wichtig ein prozessintegrierender Ansatz ist, um die Kosten für die CO2-Abscheidung und -Sequestrierung zu senken“, sagt François Maréchal, Leiter des Labors für industrielle Prozesse und Energiesystemtechnik (IPESE) an der EPLF und Professor für Maschinenbau, Elektrotechnik und Umweltwissenschaften.
Damit sind sich die Forschenden einig, nachgewiesen zu haben, dass „Netto-Null“- und „Netto-Negativ“-Emissionen in wichtigen Industriezweigen möglich sei. Voraussetzung dafür sei es, die Abscheidung und Mineralisierung von Kohlenstoff in die industriellen Prozesse zu integrieren. Nach ihrer Ansicht entspreche die Mineralisierung dem ultimativen Oxidationszustand des Kohlenstoffs. Sie ermögliche eine sichere und nachhaltige Einlagerung und löse damit zugleich die Suche nach geeigneten Standorten.
Kosten für CO2-Einlagerung lassen sich begrenzen
Im Rahmen der Studie zeigten die Forschenden außerdem, wie sich große Mengen an Abwärme, alkalischen Feststoffrückständen und Prozessemissionen nutzen lassen und zu einer deutlichen Senkung der Kosten für die Einlagerung von CO2 beitragen können. Bis zu 50 Prozent seien möglich. Aktuell machen diese Sektoren etwa 12 Prozent der gesamten Emissionen in der EU aus. Mit diesem Verfahren könnte es künftig maximal 85 Euro kosten, um eine Tonne CO2 einzulagern. Mit dieser Lösung ließe sich alleine in Europa rund 860 Millionen Tonnen CO2 reduzieren.
Das Ergebnis dieser Studie habe damit gezeigt, dass sich in der Industrie die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff praktisch und wirtschaftlich integrieren ließe. Das sei ein erhebliches Potenzial, um negative Nettoemissionen zu erreichen. Für die betroffenen Industriezweige würde dies bedeuten, dass sich ihre Auswirkungen auf den Klimawandel in Zukunft deutlich verringern lassen. Zementproduktion, Müllverbrennung und Stahlherstellung hätten damit die Chance, grüner und nachhaltiger zu werden.
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