Kohlendioxid effektiv aus der Atmosphäre entfernen

Die direkte Kohlenstoffabscheidung aus der Luft und anschliessende Speicherung, Englisch «Direct air carbon capture and storage (DACCS), ist eine vergleichsweise neue Technologie zur Entfernung von Kohlendioxid (CO₂) aus der Atmosphäre. Da damit grosse Mengen an CO₂ quasi einzufangen wären, liesse sich damit auch der Treibhauseffekt verringern. Wie effektiv das mit verschiedenen Systemkonfigurationen eines bestimmten Verfahrens umzusetzen wäre, haben nun Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich in einer Studie untersucht. Dazu analysierten sie insgesamt fünf verschiedene Konfigurationen zur CO₂-Abscheidung aus der Luft und deren Einsatz an acht verschiedenen Standorten weltweit. Ein Ergebnis: Je nach Kombination von eingesetzter Technologie und spezifischem Standort lässt sich CO₂ mit einer Effektivität von bis zu 97 Prozent aus der Luft entfernen.

Für eine CO₂-Abscheidung aus der Atmosphäre wird zunächst Luft mithilfe von Ventilatoren über ein sogenanntes Absorptionsmittel geleitet. Dieses bindet CO₂ so lange, bis seine Kapazität zur Aufnahme des Klimagases erschöpft ist. Dann wird im zweiten, sogenannten Desorptions-Schritt, das CO₂ wieder von dem Absorpitonsmittel gelöst. Je nach Absorptionsmittel geschieht das bei vergleichsweise hohen Temperaturen von bis zu 900 Grad Celsius oder bei eher niedrigen Temperaturen von etwa 100 Grad Celsius. Neben dem Energiebedarf für Produktion und Aufbau einer entsprechenden Anlage erzeugen vor allem der Betrieb der Ventilatoren als auch die Erzeugung der benötigten Wärme entsprechende Treibhausgasemissionen. «Nur wenn diese deutlich niedriger sind als die mit ihrer Hilfe gespeicherten Mengen an CO₂, ist der Einsatz dieser Technologie überhaupt sinnvoll», sagt Tom Terlouw, der am Labor für Energiesystem-Analysen des PSI forscht und Erstautor der Studie ist.

Effizienz bis zu 97 Prozent

In ihrer Studie nahmen die Forschenden DACCS-Anlagen der Schweizer Firma Climeworks unter die Lupe, die mit dem Niedrigtemperaturverfahren arbeiten. Die PSI-Forschenden analysierten den Einsatz der Technologie an acht Standorten weltweit: Chile, Griechenland, Jordanien, Mexiko, Spanien, Island, Norwegen und Schweiz. Für jeden Standort kalkulierten sie die CO₂-Bilanz über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage. Beispielsweise verglichen sie die Effizienz des Verfahrens, wenn der benötigte Strom von Solaranlagen bereitgestellt wird oder aus dem bereits existierenden Stromnetz stammt. Als Quellen für die notwendige Wärmeenergie nahmen sie beispielsweise solarthermische Anlagen, Abwärme aus Industrieprozessen oder Wärmepumpen an. Für die Studie erstellten sie für die acht Standorte jeweils fünf verschiedene Konfigurationen zur CO₂-Abscheidung aus der Atmosphäre. Die Ergebnisse hinsichtlich der Effizienz zeigen eine enorme Bandbreite und reichen von 9 bis 97 Prozent, bezogen auf die tatsächliche Treibhausgas-Entfernung durch den Einsatz von DACCS.

Kein Ersatz für Reduktion der Emissionen

«Die Technologien zur CO₂-Abscheidung sind allerdings lediglich eine Ergänzung zu einer allgemeinen Dekarbonisierungsstrategie, also zur Reduktion der CO₂-Emissionen, und können Letztere nicht ersetzen», betont Christian Bauer, ebenfalls vom Labor für Energiesystem-Analysen und ein Mitautor der Studie. «Um allerdings die im Pariser Klimaabkommen gesteckten Ziele zu erreichen, können sie hilfreich sein. Denn bestimmte Emissionen, zum Beispiel aus der Landwirtschaft, lassen sich nicht vermeiden.» Ein Netto-Null-Emissions-Ziel sei also nur mithilfe entsprechender Negativ-Emissions-Technologien zu erreichen.