Zusammenfassung

Gemeinsam mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden Württemberg (ZSW), und der ela Industriegas GmbH entwickelt atmosfair eine DAC-Anlage, die bis zu 800 t CO2 pro Jahr abscheidet. Das Projekt heißt Air2Fuel und wir von der deutschen Bundesregierung gefördert. Die Partner haben sich zusammengetan um zu zeigen, dass eine vom ZSW entwickelte Technologie auch über den Forschungsmaßstab hinaus funktioniert. Die Forschungsanlage zu skalieren mit aminbasierten Waschverfahrens läuft bereits seit einigen Jahren in Stuttgart am ZSW im Dauerbetrieb. Die große Anlage, in der 100kg CO2 pro Stunde abgeschieden werden, wird in Werlte in Niedersachsen gebaut. Aus dem abgeschiedene CO2 und grünem Wasserstoff wollen wir Methan produzieren und es ins Erdgasnetz einspeisen, wo es fossiles Erdgas verdrängt. Neben dem technischen Potential werden wir auch das Marktpotential dieser Technologie aufzeigen und die weitere Skalierung vorbereiten.

Wir engagieren uns als Partner bei weiteren Forschungsvorhaben mit verschiedenen Universitäten und Instituten. Bei diesen Projekten geht es neben der Entwicklung von weiteren DAC-Verfahren auch um die Frage der langfristigen Speicherung und die dafür nötigen regulatorischen Rahmenbedingungen. Darüber hinaus kooperieren wir mit Start-Ups, die derzeit weitere DAC-Verfahren auf Basis verschiedener Ansätze entwickeln und erstmals prozesstechnisch umsetzen. Wir wollen damit die technischen Lösungen vorantreiben, damit sie später in ausreichendem Maße zur Verfügung stehen und CO2-Speicherung unabhängiger von Biomasse werden kann.

Hintergrund DAC

Beim Direct Air Capture Verfahren (DAC) wird Luft über ein CO2 absorbierendes Material, Sorbens genannt, geleitet. Dabei saugt sich das Sorbens voll und scheidet so das CO2 aus der Luft ab. Die Herausforderung liegt dabei in der geringen Konzentration des CO2 (400ppm=0,04vol%) in der Luft. Für die CO2-Abscheidung müssen dementsprechend große Mengen an Luft durch das absorbierende Material geleitet werden. Die dafür erforderliche Pumpleistung ist ein Treiber des hohen elektrischen Energiebedarfs der DAC-Technologie. In einem zweiten Schritt wird das am Sorbens gebundene CO2 wieder gelöst. Je nach Verfahren erfolgt die Trennung entweder durch die Änderung von Temperatur, elektrischer Ladung oder Druck. Aufgrund der starken Bindung zwischen Sorbens und CO2 ist dieser Regenerationsschritt ebenfalls sehr energieintensiv. Ein Blick auf den Stand der Technik von DAC Verfahren zeigt außerdem, dass derzeit nur wärme- und wärmedruckwechselbasierte Prozesse die nötige technische Reife besitzen. Es wird dabei zwischen Hoch- und Niedertemperaturverfahren unterschieden. In Hochtemperaturverfahren ist das Sorbens eine stark konzentrierte alkalische Lösung, die über die Bildung von Kalk regeneriert wird. Bei hohen Temperaturen (900°C) wird das CO2 aus dem Kalk dann wieder frei und kann so abgetrennt werden. Niedertemperaturverfahren nutzen ein festes, mit Aminogruppen versehenes Absorbermaterial oder eine wässrige Amin-Lösung, um das CO2 aus der Luft zu binden. Diese geben das CO2 bei niedrigeren Temperaturen (80-480°C) wieder frei. Der Gesamtenergiebedarf von DAC Verfahren liegt bei etwa 2,5 MWh je Tonne CO2. Das ist sehr viel. Zum Einordnen: Wenn man Öl verbrennt, um Energie zu gewinnen (z.B. Strom), dann reicht dieser Strom nicht aus, um das bei der Ölverbrennung entstandene CO2 per DAC wieder abzuscheiden, ganz zu schweigen von Strom, der für die eigentliche Nutzung übrig bleiben sollte. Vermeiden bleibt also der Königsweg, DAC-Abscheidung ist für nicht oder schwer vermeidbare Emissionen sinnvoll und notwendig, solange Energie dafür aus Erneuerbaren kommt. Neue Verfahren, die auf Ladungswechselzyklen basieren, könnten in Zukunft eine deutlich energieärmere CO2-Abscheidung ermöglichen. Hier bindet sich das CO2 je nach elektrischen Ladungszustand an eine Absorberelektrode und wird durch Änderung deren Polarisation zu einem späteren Zeitpunkt wieder gelöst.

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