Wenn CO2 eine Endlosschleife dreht

Im Rahmen des Projektes Closed Carbon Loop ist am 20. August das erste Direct-Air-Capture-System in der Metropolregion Hamburg in Betrieb genommen worden. Die Anlage am Technologiezentrum Energie-Campus (TEC) des "Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz" (CC4E) filtert Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft.

So funktioniert die Direct-Air-Capture-Anlage: Für eine CO2-Abscheidung aus der Atmosphäre wird zunächst in einem Kollektor 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.

Hierfür heizt der Kollektor auf eine Temperatur von etwa 100 Grad Celsius auf und ein Unterdruck entsteht. In diesem Zustand löst sich das Kohlenstoffdioxid wieder von der Sorptionsoberfläche und kann in hoher Reinheit abgepumpt und in einem Tank gespeichert werden.

Geschlossener Kohlenstoffkreislauf bei der Methanverbrennung

Das Besondere im CCL-Projekt: die intelligente Vernetzung der Direct Air Capture mit einem bereits am Technologiezentrum bestehenden Anlagenverbund aus Photovoltaik, Elektrolyseur, Methanisierung, Gasspeicherung und Heizkraftwerk. Das gewonnene Kohlendioxid wird dabei zusammen mit Wasserstoff aus der Elektrolyse in einen Bioreaktor geleitet. Darin wandeln spezielle Einzeller, sogenannte Archaeen, die beiden Gase in Methan um. Dieses kann dann später als Brennstoff verwendet werden und etwa in einem Heizkraftwerk Strom und Wärme erzeugen, wenn die Stromproduktion aus Windkraft und Photovoltaik zu niedrig ist.

Die Verbrennung des erzeugten Methans setzt dabei nur genauso viel CO2 frei, wie die Direct-Air-Capture-Anlage zuvor der Atmosphäre entnommen hat. Der Prozess ist damit CO2-neutral und der Kohlenstoffkreislauf bei der Methanverbrennung geschlossen.

Prof. Hans Schäfers, Leiter des Technologiezentrums Energie-Campus: "Um bis zum Jahr 2045 Klimaneutralität zu erreichen, ist die Kombination unterschiedlichster Technologien im Bereich von geschlossenen Kohlenstoffkreisläufen und negativer CO2-Emissionen notwendig." Mit der neuen Direct-Air-Capture-Anlage könne man am TEC nun an direkter Kohlenstoffabscheidung für stark vernetzte Sektorkopplungs- und Power-to-Gas Technologien forschen.