CO2-Abscheidung braucht viel grünen Strom und Wärme

Die direkte Kohlenstoffabscheidung aus der Luft (DAC) und anschließende Speicherung (Direct Air Carbon Capture and Storage, DACCS) ist eine vergleichsweise neue Technologie zur Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre. Da damit große Mengen an CO2 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 % aus der Luft entfernen - das bedeutet: Mit einer Treibhausgasemission von 30 kg CO2 lässt sich eine Tonne (1.000 kg) CO2 aus der Atmosphäre entfernen. 

So funktioniert DAC: Für eine CO2-Abscheidung aus der Atmosphäre wird zunächst Luft mit Ventilatoren über ein 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 Absorptionsmittel 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.

CO2-Bilanz über den gesamten Lebenszyklus

In ihrer Studie nahmen die Forschenden DACCS-Anlagen der Schweizer Firma Climeworks unter die Lupe, die mit dem Niedrigtemperaturverfahren arbeiten. Sie 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 %, bezogen auf die tatsächliche Treibhausgas-Entfernung durch den Einsatz von DACCS. 

Entscheidend ist vor allem Herkunft von Strom und Wärme für den Prozess. Die mit 97 % effizienteste Anlage steht in Norwegen und bezieht ihren Strom aus dem normalen Netz. Dort machen Erneuerbare einen Anteil von 98 % aus. Der Wärmebedarf wird aus industrieller Abwärme gedeckt.

Die geringste Effizienz von nur 9 % zeigt dementsprechend eine Anlage in Griechenland, wo der Erneuerbaren-Anteil im Strommix bei einem kleinen zweistelligen Prozentwert liegt.

Manche CO2-Emissionen lassen sich nicht vermeiden

Die Technologien zur CO2-Abscheidung seien nur eine Ergänzung zu einer Reduktion der CO2-Emissionen, betont Christian Bauer, ebenfalls vom Labor für Energiesystem-Analysen und Mitautor der Studie. Um die im Pariser Klimaabkommen gesteckten Ziele zu erreichen, könnten sie aber hilfreich sein, da sich bestimmte Emissionen, etwa aus der Landwirtschaft, nicht vermeiden ließen. Ein Netto-Null-Emissions-Ziel sei also nur mithilfe entsprechender Negativ-Emissions-Technologien zu erreichen. 

Die Studie Life Cycle Assessment of Direct Air Carbon Capture and Storage with Low-Carbon Energy Sources kann kostenlos von der Webseite ACS Publications heruntergeladen werden.