Wie die EPFL ihre Kohlenstoffemissionen optimal nutzt
Wirklich nachhaltige Systeme sind solche, die für alle Beteiligten von Vorteil sind und auf einem langfristigen Kreislaufwirtschaftskonzept beruhen. Solche Systeme könnten beispielsweise die CO2-Emissionen verringern, indem sie das CO2 an der Quelle abfangen und dann zur Herstellung von Energieträgern, chemischen Grundstoffen für Mehrwertprodukte oder Baumaterialien wiederverwenden oder es unterirdisch speichern. Solche Systeme gibt es noch nicht – aber die EPFL verfügt über alle Kompetenzen, um sie zu realisieren. Deshalb unterstützt die Hochschule mit ihrer Initiative Solutions4Sustainability den Aufbau eines Demonstrationsprojekts im Wallis und die Entwicklung einer Technologie, die in grösserem Umfang eingesetzt werden kann.
Um die Kohlenstoffneutralität zu erreichen und damit den Klimawandel abzuschwächen, müssen wir die CO2-Menge in der Atmosphäre reduzieren. Wir können die CO2-Emissionen durch den verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien verringern, aber wir müssen auch die Luft von den Gigatonnen CO2 «reinigen», die bereits ausgestossen wurden. Hier liegt die Lösung in Systemen zur Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS). In allen drei Bereichen ist die Technologie im Entstehen begriffen, und es wird darauf ankommen, sie voranzutreiben, damit neue Systeme industriell und wirtschaftlich nutzbar gemacht werden können.
Das ist das Ziel von SusEcoCCUS, einem Projekt der EPFL, das auf die Schaffung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft mit CCUS abzielt. Konkret werden die Ingenieurfachleute einen Demonstrator im Pilotmassstab bauen, der bis zu einer Tonne CO2 pro Tag abscheiden und verarbeiten kann. Das Projekt wurde im letzten Herbst gestartet und wird über 6 Jahre mit 9 Millionen CHF finanziert. An dem Projekt sind 11 EPFL-Forschungsgruppen beteiligt, die sich auf drei Standorte (Wallis, Lausanne und Neuenburg) und drei Fakultäten (School of Basic Sciences, School of Engineering und School of Architecture, Civil and Environmental Engineering) verteilen.
Der vorgeschlagene CCUS-Demonstrator auf dem Gelände der Müllverbrennungsanlage Enevi in der Nähe des Campus der EPFL Wallis. 2024 EPFL/MCV CC-BY-SA 4.0
Der erste Aspekt des Projekts ist die Kohlenstoffabscheidung. Die Idee besteht darin, das CO2 an der Quelle aufzufangen – in diesem Fall in der Verbrennungsanlage Enevi in Uvrier, Wallis. Die Anlage wird ab diesem Jahr das Gebäude I17 der EPFL Valais-Wallis in Sitten über ein Fernwärmenetz beheizen. Durch die Abscheidung von CO2 aus den Schornsteinen wird das Projekt den CO2-Fussabdruck der EPFL verkleinern, was im Einklang mit der Klima- und Nachhaltigkeitsstrategie 2030 steht. Das Abscheidungsverfahren kombiniert zwei Technologien, bei denen die EPFL führend ist: Graphenmembranen, die CO2 filtern, entwickelt von der Forschungsgruppe von Prof. Kumar Agrawal, und Schwämme, die die gefilterten Moleküle zurückhalten können, entwickelt von Prof. Wendy Queen. Das abgeschiedene CO2 wird in flüssiger Form für eine Reihe von Endanwendungen gespeichert. SusEcoCCUS umfasst auch Forschungsarbeiten zu verbesserten Technologien für die Kohlenstoffabscheidung direkt aus der Luft.
Bedingungen für einen gross angelegten Einsatz
Der zweite Aspekt ist die Umwandlung und Nutzung von Kohlenstoff. Die auf Elektrolyse spezialisierte Forschungsgruppe von Jan Van Herle hat mit erneuerbarer Energie betriebene Elektrolyseure entwickelt, die Wassermoleküle in Sauerstoff und Wasserstoff aufspalten können. Dieser saubere Wasserstoff wird dann mit CO2 kombiniert, um synthetische Gase wie Methan zu erzeugen, die transportiert, gespeichert und in bestehende Erdgasnetze eingespeist werden können. Ausserdem wird ein kleiner Demonstrator gebaut, um zu zeigen, wie CO2 zur Herstellung von Ethylen verwendet werden kann, einem Gas, das die Grundlage für eine Reihe von Kunststoffen bildet.
Der dritte Aspekt ist die Kohlenstoffspeicherung. Die Ingenieurfachleute des Labors für Bodenmechanik von Prof. Lyesse Laloui führen umfangreiche Forschungsarbeiten zur CO2-Sequestrierung durch. Sie werden ein einzigartiges, einen Meter langes Testbett für die geologische Speicherung von CO2 entwickeln, um die kurz- und langfristigen Speichermöglichkeiten zu bewerten.
Nicht zuletzt wird SusEcoCCUS untersuchen, wie diese Art von Technologie in Produktionsprozesse und Lebenszyklusanalysen integriert werden kann. So wird die Forschungsgruppe von Prof. François Maréchal in Zusammenarbeit mit Marina Micari die Bedingungen für den grosstechnischen Einsatz dieser Technologie im Rahmen der Energiewende untersuchen, und Sascha Nick vom Labor für Umwelt- und Stadtökonomie der EPFL wird die wirtschaftlichen und finanziellen Aspekte von CCUS untersuchen. Das Projekt wird auch einen pädagogischen Aspekt haben, da die Studierenden direkt in den Versuchsprozess einbezogen werden.
