Heilige industrielle Dekarbonisierung: Die Kohlenstoffjagd beginnt ernsthaft

Laut Forschungsergebnissen der Smith School of Enterprise and the Environment an der Universität Oxford zur Kohlenstoffentfernung werden jährlich etwa zwei Milliarden Tonnen Kohlendioxid (CO₂) aus der Atmosphäre entfernt. In 99 Prozent der Fälle geschieht dies durch das Pflanzen von Bäumen, während die verbleibenden ein Prozent auf die Kohlenstoffentfernung durch neue Technologien entfällt. Laut dieser Forschung wird es bis 2050 wahrscheinlich notwendig sein, je nach Geschwindigkeit des Wachstums der Nutzung erneuerbarer Energiequellen und Elektrofahrzeuge zwischen sieben und neun Milliarden Tonnen Kohlenstoff jährlich zu erfassen.

Die Technologie ist zweigeteilt: Eine Methode ist biologische Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, bei der die natürliche Umwelt, nämlich Wälder und Ozeane, Kohlenstoff aus der Atmosphäre extrahiert. Die andere Methode ist menschengemacht: künstliche Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, bei der Kohlenstoff aus Produktionsprozessen extrahiert und in großen unterirdischen Reservoirs gespeichert wird. Die biologische Kohlenstoffextraktion ist viel größer als die letztere, und Menschen spielen dabei keine Rolle. Die menschengemachte Technologie ist die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CDR), eine Form der Kohlenstoffsequestrierung, die seit Jahrzehnten existiert, aber erst kürzlich entscheidend im Kampf gegen den Klimawandel geworden ist und eine zentrale Rolle dabei spielen wird, bis 2050 Netto-Null-Kohlenstoff zu erreichen.

Teuer und in Entwicklung

Die bestehenden Strategien zur Bekämpfung des Klimawandels konzentrieren sich hauptsächlich auf die Beseitigung von Kohlenstoffemissionen aus Produktionsprozessen, wie z.B. der Stromerzeugung, dem Transport und industriellen Anlagen, die fossile Brennstoffe oder Biomasse als Brennstoff verwenden. Der erfasste Kohlenstoff wird komprimiert und über Pipeline, Schiff, Schiene oder Lkw für verschiedene Anwendungen transportiert oder in tiefe geologische Reservoirs wie erschöpfte Öl- und Gasfelder und salzhaltige Aquiferen injiziert. Diese Technologie gewinnt an Schwung, und es gibt bereits mehr als fünfhundert Projekte weltweit in verschiedenen Entwicklungsphasen. Die Technologie zur Kohlenstoffabscheidung ist sehr teuer und befindet sich noch in der Entwicklungsphase, was es schwierig macht, vorherzusagen, wohin sie führen wird und wie sie sich auf die Umwelt auswirken wird, aber das Interesse an der Entwicklung dieser Technologie wächst, da die Investitionen in grüne Energie steigen.

Zum Beispiel hat Microsoft eine Milliarde Dollar in die Orca-Anlage von Climeworks investiert, die 2021 in Reykjavik, Island, eröffnet wurde. Es wird geschätzt, dass sie bis zu viertausend Tonnen Kohlenstoff aus der Atmosphäre jährlich erfassen kann. Eine der innovativen Möglichkeiten zur Speicherung von Kohlenstoff ist durch tiefe salzhaltige Aquiferen, große unterirdische Sedimentgesteine, die mit salzhaltigem Wasser gefüllt sind. Diese Aquiferen haben das höchste Potenzial zur Kohlenstoffspeicherung im Vergleich zu allen anderen Methoden, und Kohlenstoff kann dauerhaft in ihnen gespeichert werden. Ein solches Aquifer, Endurance, befindet sich 1600 Meter unter dem Nordseegrund in der Nähe der Küste des Vereinigten Königreichs. Es ist so groß wie Manhattan Island und so hoch wie The Shard in London oder das Empire State Building in New York, was die Injektion großer Mengen Kohlenstoff und dessen sichere Speicherung für Tausende von Jahren ermöglicht.

Sowohl Wasser als auch Luft

In den USA werden große salzhaltige Aquiferen zunehmend zur Kohlenstoffspeicherung genutzt. Über drei Jahre wurden mehr als 450.000 Tonnen Kohlenstoff, die aus einer Pilotproduktionsanlage erfasst wurden, im Rahmen des ‚Citronelle‘-Projekts in Alabama gespeichert.

Zu den Technologien zur Kohlenstoffabscheidung gehören massive Luftfilter, die in China entwickelt wurden. Diese Lufttürme reinigen die Luft, indem sie sie in eine mit Solarenergie beheizte Glas-Kammer ziehen, wodurch ein Treibhauseffekt entsteht. Die heiße Luft wird dann durch eine Reihe von Filtern in den Turm injiziert, bevor die gereinigte Luft wieder in die Atmosphäre zurückgeführt wird. Ein solcher massiver Turm in Xi’an soll täglich Millionen von Kubikmetern Luft reinigen. Chinesische Unternehmen, die derzeit experimentell diese Türme produzieren, arbeiten daran, noch größere zu entwickeln, von denen einer täglich genug Luft für eine kleine Stadt reinigen könnte.

Zu den neuesten Technologien zur Kohlenstoffabscheidung gehören ionische Flüssigkeiten, die aufgrund ihrer molekularen Struktur, die eine größere Kohlenstoffabsorption ermöglicht, hoch effizient sind. Wissenschaftler glauben, dass die Verfeinerung einer solchen Flüssigkeit eine größere Kontrolle im chemischen Ingenieurprozess und in der ökologischen Nachhaltigkeit ermöglichen könnte.

Direkte Abscheidung

DAC, das Kohlenstoff direkt aus der Luft erfasst und sicher in der natürlichen Umwelt speichert, unterscheidet sich von den zuvor genannten Technologien. Diese Technologie verwendet ein mechanisches System, um atmosphärische Luft zu ziehen, aus der Kohlenstoff durch eine Reihe chemischer Reaktionen extrahiert wird, während die restliche Luft wieder in die Umwelt zurückgeführt wird. Es ist die teuerste Implementierung, da Kohlenstoff in der Atmosphäre viel stärker verdünnt ist als beispielsweise im Rauch eines Kraftwerks oder einer Zementfabrik, was den Energiebedarf und die Kosten erhöht. Innovationen in der Kohlenstoffnutzung, einschließlich synthetischer Kraftstoffe für Flugzeuge, die derzeit in Entwicklung sind und Kohlenstoff und Wasserstoff aus der Luft verwenden, könnten die Kosten senken und einen Markt für DAC schaffen. Bisher wurden weltweit siebenundzwanzig solcher Anlagen in Betrieb genommen, mit weiteren 130 in verschiedenen Entwicklungsphasen. Große Unternehmen wie Siemens Energy und General Electric sowie das bereits erwähnte Startup Climeworks arbeiten an deren Entwicklung.

Dieses Schweizer Startup ist eines der ersten Unternehmen, das eine kommerzielle Anlage zur direkten Kohlenstoffabscheidung aus der Luft gebaut hat, die 2017 in der Schweiz eröffnet wurde. Das Unternehmen verbessert nun diese Technologie und plant den Bau einer Anlage der dritten Generation in Louisiana, USA. Die ersten beiden Anlagen von Climeworks (in Island und der Schweiz) können insgesamt etwa 40.000 Tonnen Kohlenstoff aus der Luft jährlich erfassen, was etwa einem Prozent der Emissionen eines Kohlekraftwerks entspricht. Laut dem Mitbegründer und CEO des Unternehmens, Jan Wurzbacher, wird die neueste Technologie von Climeworks in der Lage sein, bis 2030 mehrere Millionen Tonnen Kohlenstoff jährlich zu erfassen und bis 2050 eine Milliarde Tonnen. Das Unternehmen behauptet, dass ihre Innovationen die Kosten für die Kohlenstoffabscheidung von derzeit 1500 Dollar pro Tonne auf etwa 800 Dollar bis 2027 und auf weniger als 600 Dollar bis 2030 senken werden.

Eine ähnliche Technologie zur Kohlenstoffabscheidung aus dem Weltraum wurde von Airbus in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation entwickelt. Ihr DAC10-Modul wurde im Zentrum für angewandte Aeronautik (ZAL) in Hamburg entwickelt und wird verwendet, um Kohlendioxid aus der Luft auf der Internationalen Raumstation (ISS) zu reinigen. Diese Technologie, nachdem sie sich im Weltraum als erfolgreich erwiesen hat, wird nun auch verwendet, um Kohlenstoff in Düngemittel, Kraftstoffe und kohlenstoffnegative Materialien umzuwandeln. Nach dem erfolgreichen Einsatz von DAC auf der ISS und in U-Booten untersucht die Innovationsabteilung Scale von Airbus derzeit, wie diese Technologie in Industrien angewendet werden könnte, die Kohlenstoff in ihren Produktionsprozessen verwenden oder erzeugen.

Kroatische Praxis

Die Reduzierung von Kohlenstoffemissionen ist ein zentraler Bestandteil des Kampfes gegen den Klimawandel, und gemäß dem Pariser Abkommen hat sich die Europäische Union verpflichtet, die globale Erwärmung zu begrenzen und ein Ziel von Netto-Null-Emissionen bis 2050 festgelegt, indem die Treibhausgase reduziert werden. Dementsprechend wurde ein Zertifizierungsprogramm zur Kohlenstoffentfernung eingeführt, das im April dieses Jahres vom Europäischen Parlament genehmigt wurde. Es wurden Zertifizierungsregeln für die Kohlenstoffsequestrierung in der Landwirtschaft, die industrielle Kohlenstoffentfernung und deren Bindung in langlebigen Produkten und Materialien festgelegt. Ende Mai wurde auch das europäische Gesetz über die Netto-Null-Industrie (NZIA) verabschiedet, das ein Gesetz zur vollständigen Dekarbonisierung der Industrie ist, das unter anderem von den Ölproduzenten verlangt, die Entwicklung von Infrastrukturen für die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung einzuleiten. Auch industrielle Anlagen in Kroatien müssen sich daran halten. Eines der größten Unternehmen Kroatiens, INA, ist darauf seit langem vorbereitet, da es seit zehn Jahren die Methode der verbesserten Ölgewinnung (EOR) anwendet, bei der CO₂ in Ölfelder injiziert wird, wodurch die chemischen und physikalischen Wechselwirkungen innerhalb des Feldes beeinflusst und die Fluidextraktion verbessert wird.

– INA begann 2014 mit der Injektion von Kohlendioxid in erschöpfte Ölfelder, zunächst im Ivanić-Ölfeld, und ein Jahr später im nördlichen Teil des Žutica-Ölfeldes. Im südlichen Teil des Žutica-Feldes begann die CO₂-Injektion 2020. Bisher wurden etwa 190 Millionen Euro in das Projekt investiert. Ohne das EOR-Projekt wäre das gesamte erwähnte Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassen worden, aber jetzt bleibt der Großteil dauerhaft im Reservoir gespeichert. Dieses Projekt ist daher aus umwelttechnischer Sicht äußerst wichtig für Kroatien und die Region, so die Vertreter von INA.

Ein Beispiel für andere

Das Projekt von INA erhielt im Oktober 2021 Anerkennung für seinen Beitrag zum Umweltschutz und zur nachhaltigen Entwicklung, die vom Ministerium für Wirtschaft und nachhaltige Entwicklung im Rahmen der Konferenz über die Zukunft Europas verliehen wurde. INA erhielt auch einen Preis für das EOR-Projekt in der Kategorie ‚Prozess für die erfolgreiche Anwendung innovativer Lösungen in Prozess- und Produktionsmethoden, die die Umwelt schützen und nachhaltige Entwicklung fördern‘.

– Diese Anerkennung spiegelt die umfangreiche Erfahrung von INA in den Bereichen Kohlenstoffdioxid-Extraktion, -Nutzung und -Speicherung wider. Das Projekt wurde auch in die besten Praktiken zur Minderung des Klimawandels von der Internationalen Handelskammer des Vereinigten Königreichs aufgenommen, und es ist das einzige Projekt aus Kroatien. Die Erfahrungen aus diesem Projekt können im Übergang zur CCS-Methode oder dem Geschäftsmodell der CO₂-Abscheidung aus großen Industrieanlagen und deren Injektion und dauerhaften Speicherung in erschöpften Öl- und Gasfeldern genutzt werden, um die festgelegten Ziele der kohlenstoffarmen Strategie in Kroatien und der Europäischen Union zu erreichen, so die Vertreter von INA.

Das Unternehmen arbeitet an technischen Analysen der Möglichkeiten für die dauerhafte CO₂-Entsorgung, um bereit zu sein für die Umsetzung der neuen EU-Vorschriften. Szenarien für die dauerhafte CO₂-Speicherung in geologischen Strukturen an Land und im Meer werden in Betracht gezogen, die die Nutzung bestehender Infrastrukturen umfassen. Verschiedene Technologien können dafür verwendet werden, und im Moment vergleicht INA die Vor- und Nachteile mehrerer verschiedener Optionen. Da die Umsetzung von CCS-Projekten erhebliche Investitionen erfordert, sind ein günstiger regulatorischer Rahmen und Anreizprogramme auf staatlicher und EU-Ebene notwendig. Zu den Unternehmen, die sich einer Zertifizierung zur Kohlenstoffentfernung unterziehen müssen, gehört Enna, aber dieses Unternehmen erklärt, dass es noch zu früh für eine konkretere Antwort auf die Medienanfrage ist, da es sich lediglich um eine Vereinbarung über einen Rahmen auf Ebene der Europäischen Union handelt.