Ein Gamechanger für die CO2-Abscheidung soll es werden: Der neuentwickelte Prototyp in Größe eines Lastwagencontainers holt pro Jahr 50 Tonnen CO2 aus der Atmosphäre – und das mit rekordverdächtig niedrigem Energiebedarf von unter 2000 Kilowattstunden pro Tonne. Die Forschungsanlage, Austrian Pilot Unit 1 (APU1), wurde letztes Jahr in Betrieb genommen und seither ausgiebig getestet und optimiert. Das Ergebnis: Das System funktioniert und ist nun bereit, hochskaliert und kommerziell eingesetzt zu werden. Gestartet und finanziert wurde das Projekt vom US-amerikanischen Investor Peter Relan, Gründer und Präsident der Dharma Karma Foundation.
Die Idee, klimaschädliches CO2 aus der Umgebungsluft zu filtern, ist nicht neu. Man benötigt dafür aber viel Energie. Daher fokussierte sich das Projekt an der TU Wien auf das Ziel, den Energiebedarf der Anlage, der vorwiegend aus Niedertemperaturwärme besteht, zu minimieren. Man entwickelte ein kompaktes Modul, das flexibel eingesetzt werden kann: Einzelne Einheiten könnten etwa von kleineren Firmen oder privaten Initiativen genutzt werden, größere Unternehmen könnten aus vielen Modulen eine Großanlage zusammenstellen. Eine Demonstrationsanlage, die auf der neu entwickelten Technologie basiert und 100 Tonnen pro Jahr abscheiden soll wurde diesen Sommer bereits in Betrieb genommen. Der nächste Schritt ist die Errichtung einer 1.000-Tonnen-Anlage, um Module für einen kommerziellen Maßstab zu entwickeln.
Schlüsselfrage für die Klima-Zukunft
Klar ist: CO2-Abscheidung bedeutet nicht, dass man in Zukunft bedenkenlos CO2 in die Atmosphäre pumpen kann. An der Reduktion der CO2-Emissionen führt kein Weg vorbei. Aber selbst das wird nicht reichen, zusätzlich wird man auch CO2, das bereits in die Atmosphäre gelangt ist, zurückholen müssen. In bestehenden Klimamodellen ist diese CO2-Abscheidung bereits miteingerechnet, obwohl die Technologie dafür noch gar nicht auf dem Markt ist.
Dadurch wird CO2-Abscheidung zu einer zentralen Frage für unsere Klimazukunft: Gelingt es nicht, CO2 in den nächsten Jahrzehnten in großem Stil aus der Atmosphäre zu holen, wird sich der Klimawandel noch deutlich negativer entwickeln als bisher vorhergesagt.
Feinkörniges Filtermaterial bindet CO2
Bestimmte Materialien, etwa Amine, können CO2 aus der Luft an sich binden. Man verwendet das Material in feinkörniger Form, Luft wird durchgesaugt und dabei fast vollständig von CO2 befreit. Irgendwann ist das Filtermaterial aber gesättigt, dann muss das gebundene CO2 entfernt und anderswo gespeichert werden. Dafür muss das Filtermaterial auf höhere Temperaturen gebracht werden – ein großer Teil des Gesamtenergiebedarfs der Anlage entfällt auf diesen Schritt. Das gebundene CO2 löst sich bei diesen höheren Temperaturen vom Material, danach kann das regenerierte Material wieder CO2 aus der Luft filtern.
In bisherigen Anlagen fanden beide Schritte – das Filtern und das Regenerieren – am selben Ort statt. Dadurch geht aber Energie verloren, weil nicht nur das Filtermaterial, sondern auch die Behälter und die technischen Vorrichtungen rundherum in jedem Zyklus aufgeheizt werden und dann wieder abkühlen. Um diesem Energieverlust zu begegnen wurde eine Technologie entwickelt, bei der das Filtermaterial automatisch zwischen einem heißen und einem kalten Behälter hin und her geschickt wird.
Zwei-Zonen-Verfahren spart Energie
Die Behälter, in denen der eigentliche Filterprozess stattfindet, muss daher niemals höhere Temperaturen erreichen. Ist das Material gesättigt, wird es durch ein spezielles Transportsystem in den Regenerator geschickt – nur dort sind höhere Temperaturen nötig. Zusätzlich kann durch eine ausgeklügelte Anordnung mehrerer Regeneratoren eine äußerst energieeffiziente Regeneration des Filtermaterials erreicht werden. Danach gelangt das Filtermaterial wieder zurück. Durch diesen Trick erreicht man eine Energiebilanz, die andere Anlagen übertrifft. Das konnte nun nach mehreren Monaten Testbetrieb mit einem Standardfiltermaterial gezeigt werden: Für eine Tonne CO2 werden ungefähr 2000 kWh gebraucht. Dabei entfallen rund 80% auf rein thermische Energie, also Wärme mit weit unter 100 °C, und rund 20% auf elektrische Energie, die vorwiegend aufgewendet werden muss, um den notwendigen Luftstrom durch das Filtermaterial zu saugen
Wird Wärme aus anderen Quellen zugeführt, kann die Anlage sogar noch sparsamer betrieben werden. Sie eignet sich etwa ausgezeichnet für die Kopplung mit Energieanlagen, die Wärme produzieren. Gerade Niedrigtemperatur-Abwärme, wie die neue Anlage sie benötigt, wird heute oft nicht genutzt, sondern einfach als Abwärme in die Umgebung entlassen.
Genau auf diese Weise, so sind Forschungsteam und Investor überzeugt, wird diese Technologie ökonomisch interessant: Die Idee ist nicht unbedingt, ein großes, zentrales CO2-Abscheidewerk zu errichten, sondern eine kompakte, skalierbare Technologie anzubieten, die dann nach individuellem Bedarf installiert werden kann – ähnlich wie man heute maßgeschneiderte Photovoltaik-Anlagen installiert.
Die TU Wien hat den Prozess und die ersten Prototypen entwickelt und ihr Know How sowie ihre Testergebnisse im Labormaßstab für die bisher präsentierten Anlagen zur Verfügung gestellt. Das US-amerikanische Startup DAClab und das österreichische Startup DACworx entwickelten und bauten gemeinsam die Forschungsanlage Austrian Pilot Unit 1 (APU1 für 50 t/a) und die dieses Jahr präsentierte Anlage Austrian Demonstration Unit 1 (ADU1 mit 100 t/a) für Direct Air Capture. Gemeinsam mit Mitarbeitern der TU Wien wurde die Forschungsanlage APU1 in Betrieb genommen und wird bereits in einem Folgeprojekt intensiv bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen weiter über ein Jahr vermessen und weiter optimiert.