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Treibhausgasfilter : Aus der Luft gegriffen

CO2-Luftfilter von Climeworks Bild: Hersteller

Kohlendioxid ist als Treibhausgas in Verruf geraten. Mit einem neu entwickelten Filter lässt es sich kostengünstig aus der Luft entfernen.

          Die Idee eines zumindest zum Teil geschlossenen Brennstoffkreislaufs hat einiges für sich. Denn falls es gelänge, den in den fossilen Energieträgern enthaltenen Kohlenstoff wiederzuverwerten, der als Kohlendioxid (CO2) in die Atmosphäre gelangt, wäre das ein großer Gewinn für den Klimaschutz. Die Verbrennung muss dafür rückwärts ablaufen. So etwas wird derzeit erprobt: Mittels Elektrolyse wird zunächst Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten.

          Lukas Weber

          Redakteur im Ressort „Technik und Motor“.

          Der Wasserstoff bildet die Basis zur Produktion von Synthesegas, aus dem sich wiederum Kohlenwasserstoffe wie synthetische Treibstoffe herstellen lassen. Dazu braucht man reichlich Energie - ideal ist Strom aus Wind und Sonne, der zu geringen Kosten zur Verfügung steht, weil die Anlagen vorhanden sind, die elektrische Energie aber gerade keinen Abnehmer findet. Die zweite Komponente ist Kohlenstoff; er wird in Form von CO2 zugeführt und kehrt dadurch wieder in den Kreislauf zurück.

          Wo kommt das Kohlendioxid her?

          Das klingt verlockend, die entscheidende Frage neben der Bereitstellung der Energie ist aber: wo kommt das Kohlendioxid her? In der Luft ist CO2, obwohl es als Hauptverursacher des Treibhauseffekts gilt, nur als Spurenelement in einer Konzentration von etwa 0,04 Volumenprozent vorhanden. Der durch Menschen verursachte Ausstoß wird auf etwas mehr als 36 Milliarden Tonnen jährlich geschätzt (von rund 550 Milliarden Tonnen, die überwiegend aus natürlichen Quellen stammen), nur etwa ein Promille dieser Menge wird alljährlich für industrielle Zwecke in Flaschen gepresst oder verflüssigt und verkauft - als Trockeneis, zum Feuerlöschen, um Getränke aufzusprudeln oder Schweißnähte zu schützen. Es kommt zum weitaus größten Teil aus der Produktion von Ammoniak, der zu Dünger weiterverarbeitet wird. Dort fällt das CO2 als Nebenprodukt ab. Andere Quellen sind Biogasanlagen und Rauchgase.

          Für den Kreislauf wäre es sinnvoll, CO2, das in die Atmosphäre geblasen wurde, mit Filtern wieder einzusammeln und zu recyceln. Die Verfahren dafür sind nicht grundlegend neu, CO2-Filter gibt es unter anderem in U-Booten und Raumstationen. Für eine kommerzielle Anwendung ist es aber notwendig, Anlagen zu entwickeln, die wirtschaftlich arbeiten. Dazu gibt es viele Forschungsvorhaben, aber noch nicht einmal eine Handvoll Projekte, die sich mit der praktischen Umsetzung beschäftigen. Das einzige europäische ist eine Ausgründung aus der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich.

          Das Unternehmen namens Climeworks entwickelt seit sieben Jahren CO2-Filter; seit 2012 ist eine Anlage im Labormaßstab und seit 2014 eine Demonstrationsanlage in Betrieb, die etwa 50 Tonnen CO2 im Jahr einfängt. Die so gewonnenen Erfahrungen sind in die Entwicklung eingeflossen, sagt Jan Wurzbacher, einer der beiden Firmengründer. Die neue Anlage, die gerade montiert wird und in diesem Sommer fertiggestellt sein soll, wird modular aufgebaut sein und aus 18 Kollektoren bestehen; alles zusammen passt in vier 40-Fuß-Standardcontainer. Als Jahresproduktion sind 900 Tonnen CO2 anvisiert, und erstmals soll der CO2-Filter kommerziell angeboten werden. „Der Preis für erste Anlagen wird bei einer bis zwei Millionen Euro liegen“, sagt Wurzbacher. Denkbar sei auch, dass Climeworks die Filter selbst vor Ort betreibt und das CO2 verkauft. 150 Kollektoren im Jahr können in der Firmenzentrale hergestellt werden, erste Interessenten gibt es schon. Climeworks ist unabhängig, das Kapital stammt von privaten Anlegern und einer Bank.

          In der Falle: Ein starkes Gebläse pustet die Luft durch den Filter, das Kohlendioxid bleibt hängen.
          In der Falle: Ein starkes Gebläse pustet die Luft durch den Filter, das Kohlendioxid bleibt hängen. : Bild: Hersteller

          Ob sich das für die Kunden gegenüber herkömmlich hergestelltem CO2 rechnet? „Die Marktpreise schwanken stark“, erklärt Wurzbacher, und sie sind auch abhängig von den Transportwegen. Deshalb liegen sie je nach Standort zwischen etwa 100 und mehreren hundert Euro je Tonne, in diese Regionen komme bald auch der Filter von Climeworks. Viel wichtiger für die Kunden sei aber die Versorgungssicherheit: „Luft gibt es überall.“ Auch auf Inseln und in den entlegensten Gebieten Afrikas. Kunden könnten die Getränkehersteller sein. Oder Gewächshäuser, denn CO2 fördert das Pflanzenwachstum. Und die Produzenten von synthetischem Treibstoff. So gibt es mit Audi eine Kooperation; der Autobauer will CO2 aus einer Anlage von Climeworks für synthetisches Erdgas verwenden.

          Vier Jahre Lebensdauer

          Das Prinzip der CO2-Falle ist einfach: Ein Gebläse saugt Luft an und drückt sie durch das Filterelement. Dabei lagert sich das CO2 am Filter an, die davon befreite Luft wird wieder ausgeblasen. Der Luftdurchsatz ist mit rund 20 000 Kubikmeter in der Stunde je Modul hoch. Nach zwei bis drei Stunden ist der Filter voll, was von Sensoren erfasst wird. Dann wird der Filter durch Erhitzen auf 95 Grad Celsius regeneriert, das gespeicherte CO2 und Feuchtigkeit werden dabei freigesetzt. Es kann abgesaugt und so, wie es ist, vermarktet werden, denn das Gas ist rein. Störend machen sich im Filter freilich Schadstoffe und Staub aus der Luft bemerkbar. Vieles werde wieder ausgeblasen, erklärt Wurzbacher, größere Teile ließen sich mit Vorfiltern einfangen. Manches lagert sich aber im Filter ab und begrenzt dessen Lebensdauer. Etwa vier Jahre lang sollte er funktionieren, dann ist der Wirkungsgrad so weit gesunken, dass ein Austausch lohnt.

          Climeworks gibt eine Lebenszeit der Anlagen von mindestens zehn bis 16 Jahren an. Die technische Lebensdauer dürfte höher sein, verwendet werden mit Ausnahme des Filters Standardkomponenten. Das im Zuge der jahrelangen Forschung gewonnene Fertigungswissen liegt naturgemäß im Filter, zu dessen Konstruktion eine Reihe von Patenten angemeldet sind. „Mehr als 500 Materialproben lagern in unserem Labor“, sagt der Jungunternehmer, und es werde weiter geforscht, um die Wirkung zu verbessern und die Kosten zu senken. Das Material ist, im Gegensatz zu anderen Verfahren wie dem Auswaschen des CO2, zunächst trocken, es besteht aus Zellulose. Sie wirke wegen der großen Oberfläche wie ein Schwamm, erklärt Wurzbacher. Und sie hat obendrein die Vorteile, dass sie erstens nicht viel kostet und zweitens nach Beendigung des Filterlebens als Biomasse entsorgt werden kann. Auf der Oberfläche des Zellstoffs, der auf Trägerplatten aus Aluminium angebracht ist, lagern Amine - Derivate des Ammoniaks, die mit Unterstützung der Luftfeuchtigkeit und des CO2 Salze bilden. Die Verbindung ist instabil, sie löst sich unter der Hitze wieder, die in Zürich von der Abwärme einer Müllverbrennungsanlage kommt.

          Das Prinzip funktioniert bei hohen und niedrigen Außentemperaturen. Neben der Abwärme wird Strom für den Betrieb des Gebläses gebraucht, etwa 200 bis 300 kWh für eine Tonne CO2. Um die Energiekosten niedrig zu halten, wurde viel Arbeit in die Optimierung des Strömungsverlaufs im Filter investiert. Schon sehen Visionäre die Möglichkeiten: Lässt sich vielleicht mit Hilfe von CO2-Filtern die Klimawende verhindern? Um ein Zehntel der globalen Emissionen mit der CO2-Falle aus der Luft zu entfernen, müsste eine Fläche so groß wie Hamburg damit bedeckt sein. Neben der Frage, wer sie baut und wer sie bezahlt, wäre dann noch zu klären, wohin mit dem eingesammelten CO2? Climeworks bietet erst einmal die Anlage für alle an, die Kohlendioxid zur Weiterverarbeitung brauchen. Das wird die Welt nicht retten. Aber es ist ein Anfang.

          Quelle: F.A.Z.

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