CO2-Filterung gegen den Klimawandel

„Was wäre, wenn wir verhindern könnten, dass der Klimawandel noch dramatischere Auswirkungen hat als bislang?“ Eine Frage, mit der sich die Gründer von Climeworks in der Schweiz intensiv auseinandergesetzt haben und die als Basis für ihr Unternehmenskonzept dient: CO₂ aus der Luft zu filtern. Ermöglicht wird dies durch die „Direct Air Capture“-Technologie.

Abschmelzende Polkappen, Hitzerekorde, ein steigender Meeresspiegel – hauptsächlich verursacht durch den Klimawandel ist dessen bedrohliche Bedeutung für uns und unseren Planeten mittlerweile in praktisch jedes Wohnzimmer vorgedrungen. Ein Hauptverursacher dieser bedrohlichen Entwicklung: zu hohe CO₂-Emissionen. Das Pariser Übereinkommen, welches 2015 im Zuge der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen verabschiedet wurde, zielt darauf ab, den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur auf „deutlich unter 2 °C“ über dem vorindustriellen Niveau zu halten, um die Risiken und Auswirkungen der Klimakrise auf den Planeten erheblich zu verringern. Aber wie kann dieses Abkommen auch Wirklichkeit werden? Lösungsansätze und Strategien, die zum Erreichen dieser Ziele beitragen möchten, gibt es einige. Eines dieser Konzepte liefert das schweizer Unternehmen Climeworks: die modulare „Direct Air Capture“-Technologie, die CO₂ aus der Luft filtert und den gewonnenen Rohstoff in unterschiedliche Industriezweige weiter verkauft z. B. als Dünger für Gewächshäuser – so wie am Hauptstandort von Climeworks in Hinwil, in der Schweiz.

Die „Direct Air Capture“-Technologie
Bereits im Jahr 2008 besuchten Christoph Gebald und sein Kommilitone Jan Wurzbacher – die zwei Gründer und Vorstandsmitglieder von Climeworks – den Familienbetrieb der Gebrüder Meier. Die beiden damaligen ETH-Studenten hatten die Idee, CO₂ direkt aus der Umgebungsluft zu filtern und als Rohstoff zu verkaufen. „Wir stellten unser Konzept vor und schlossen eine Absichtserklärung über den möglichen Kauf, wenn es uns gelingt, eine entsprechende Anlage zu bauen“, erinnert sich Christoph Gebald. Anschließend entstand im Rahmen des „Venture Challenge“-Kurses an der ETH Zürich ein erster Businessplan.
Neun Jahre später thront die weltweit erste kommerzielle Anlage ihrer Art auf dem Dach der nur 400 m entfernt liegenden Müllverwertungsanlage des Zweckverbands Kehrichtverwertung Zürcher Oberland (KEZO). „Seit unserem ersten Besuch hier haben wir den Sprung von einigen Millilitern pro Tag im Labor auf 900 Tonnen pro Jahr im industriellen Maßstab geschafft“, sagt Climeworks-Geschäftsführer Christoph Gebald stolz.
„Direct Air Capture“ – kurz DAC – heißt das Verfahren, das Christoph Gebald und Jan Wurzbacher inzwischen mit einem Team von aktuell 65 Experten zur kommerziellen Verfügbarkeit weiterentwickelt haben. Für die Umsetzung der Anlage in Hinwil wird Climeworks vom Bundesamt für Energie BFE mit einem Beitrag an den nicht amortisierbaren Kosten unterstützt.

18 Kollektoren filtern 900 t CO₂
Die 18 CO₂-Kollektoren sind in drei Schiffscontainern übereinander auf dem Dach der Müllverwertungsanlage und in Sichtweite zu den Gewächshäusern installiert. „Die Ventilatoren außen dienen dazu, die Umgebungsluft anzusaugen“, erklärt ­Christoph Gebald. Im Inneren jedes Kollektors findet dann der eigentliche Adsorptions-Desorptions-Prozess statt. Die CO₂-reduzierte Luft wird wieder herausgeblasen. „Unsere Filter werden innerhalb weniger Stunden mit CO₂ gesättigt“, beschreibt Gebald. Um den Desorptions-Prozess zu starten, wird das gesättigte Filtermaterial auf ca. 100 °C erhitzt. „Hierzu nutzen wir die Abwärme der KEZO und sind damit besonders ressourcenschonend“, so Gebald. Dabei wird das hochreine CO₂ freigesetzt und der Leitung zugeführt, die die Gewächshäuser der Gebrüder Meier mit dem Gas versorgt. Pro Jahr kauft der landwirtschaftliche Betrieb Climeworks 900 t des Gases zu marktüblichen Preisen ab. „Die Nutzung von CO₂ aus der lokalen Umgebungsluft passt zu unseren nachhaltigen Produktionsgrundsätzen und unterstützt die Vermarktung unserer Produkte“, sagt Meier. Das Wachstum von Gurken oder Tomaten, die das Unternehmen für den schweizerischen Großhandel anbaut, wird deutlich ge­steigert. Bislang musste dafür eigens ein Lkw aus größerer Entfernung den CO₂-Tank auffüllen.

CO₂ aus Umgebungsluft kurbelt Pflanzenwachstum an
CO₂ ist in der Landwirtschaft ein wertvoller Dünger: In der richtigen Dosis eingesetzt, sorgt das Gas dafür, dass Tomaten, Gurken oder Salat bis zu 20 % schneller wachsen. „Die Pflanzen werden kräftiger und größer“, sagt Fritz Meier, der bei der Gebrüder Meier AG im schweizerischen Hinwil für die Gewächshausproduktion zuständig ist. Seither erhält der landwirtschaftliche Betrieb das CO₂ nicht mehr aus industriellen Quellen per Lkw angeliefert, sondern weltweit einmalig von einer Anlage, die den wertvollen Rohstoff direkt aus der Umgebungsluft filtert. Aufgrund des zyklischen Prozesses sind die 18 Kollektoren stets in unterschiedlichen Phasen – dies ermöglicht die kontinuierliche Belieferung der Gewächshäuser über eine unterirdische Rohrleitung.

Rohstoff für Getränke, Kraftstoff und Materialien
Aufgrund der Vor-Ort-Herstellung muss kein industrielles, fossiles CO₂ mehr per Lkw zum Verbraucher antransportiert und in Tanks zwischengespeichert werden. Die Kunden reduzieren damit ihre Emissionen sowie die Abhängigkeit von fossilen Energien. Darüber hinaus kann das von Climeworks gesammelte CO₂ verwendet werden, um z. B. Getränke anzureichern oder klimaneutrale Kraftstoffe und Materialien herzustellen.
Mit der Installation der ersten kommerziellen DAC-Anlage hat das Unternehmen nicht nur Produktionskapazitäten am Firmenstandort geschaffen, sondern auch sein Expertenteam Schritt für Schritt erweitert. „Mit den energetischen und wirtschaftlichen Daten können wir nun auch andere, größere Projekte zuverlässig kalkulieren und dabei auf die Erfahrungswerte aus der Praxis zurückgreifen“, so Jan Wurzbacher. Beispiel: Das CarbFix2-Projekt in Island arbeitet seit 2017 mit einer DAC-Anlage in Kombination mit einer unterirdischen Mineralisierung des CO₂.

Projekt in Island
Climeworks hat sich hierfür mit dem isländischen Energieversorger Reykjavik Energy verbündet, um weltweit einmalig die DAC-Technologie mit dauerhafter geologischer Speicherung zu kombinieren. ­Gemanagt wird das im Rahmen von Horizon 2020 von der EU geförderte Vorhaben an einem der größten Geothermie-Kraftwerke der Welt von Reykjavik Energy. In Hellisheidi wird bereits CO₂ aus anderen Quellen mineralisiert.
Mit der Pilotanlage in Island wird CO₂ direkt aus der Umgebungsluft gefiltert und – in Wasser gebunden – über 700 m in den Untergrund geleitet. In diesem Basaltreichen Boden kann das sprudelnde Gemisch aufgrund des hohen Drucks und der hohen Temperaturen nicht mehr entweichen. Stattdessen verbindet es sich mit dem Basalt – ein natürlicher Prozess, bei dem CO₂ mit dem basischen Gestein reagiert und innerhalb weniger Jahre zu Calciumcarbonat umgesetzt wird. Der Vorteil? Calciumcarbonat – auch Calzit genannt – kann weder durch äußere Wettereinflüsse oder etwa auftretende Brände geschädigt werden, sodass kein CO₂ mehr austreten kann. Dadurch lässt sich CO₂ – als Calzit gebunden – dauerhaft und sicher aus der Atmosphäre entfernen.
Während der Testphase wird vor allem untersucht, wie DAC auf die spezifischen Wetterverhältnisse im Südwesten Islands reagiert. Die Bedingungen in bestehenden Geothermiekraftwerken in Island machen es zu einem der besten Orte, um mit der Endlagerung von CO₂ zu beginnen. Es gibt jedoch noch mehr Orte, an denen ideale Voraussetzungen vorherrschen. Z. B. bietet das „Icelandic Rift“-System Kapazitäten, um pro Jahr bis zu 50 Mio. t CO₂ zu speichern. Studien zufolge bieten sich auf globaler Ebene sogar Kapazitäten, um über 30 Bio. t CO₂ einspeichern zu können. Geeignet sind dafür z. B. vor allem Standorte in Nordamerika, im Mittleren Osten oder auch in China.

Negative Emissionen zur Erreichung des 2-°C-Ziels
„Hoch skalierbare negative Emissionstechnologien sind zum Erreichen des 2-Grad-Ziels der Weltgemeinschaft unerlässlich“, sagt Christoph Gebald. „Die DAC-Technologie bietet hierfür unzählige Vorteile und ist in Kombination mit unterirdischer Speicherung bestens geeignet. Daher arbeiten wir jeden Tag daran, unsere Mission, bis 2025 ein Prozent der globalen CO₂-Emissionen aus der Luft zu filtern, zu erreichen.“ Um dieses Ziel umzusetzen, sind laut Climeworks 250 000 DAC-Anlagen wie in Hinwil notwendig. Parallel hierzu biete das Unternehmen auch für „Einzelkämpfer“ ein passendes Angebot: Seit Kurzem ist es für jede Person möglich, Reise-Emissionen permanent aus der Atmosphäre zu entfernen. Als Mitglied der „Climeworks Pioneers“ lässt man CO₂ im eigenen Namen zu Stein umwandeln – und setzt somit ein Zeichen gegen die Klimakrise.

www.climeworks.com
www.climeworks.shop

Fakten zur „Direct Air Capture“-Anlage in Hinwil
Art der Anlage: Climeworks DAC-18
Zahl der CO₂-Kollektoren: 18 CO₂-Kapazität pro Tag: 2460 kg (abhängig u. a. von Wetterfaktoren)
CO₂-Nutzung: CO₂-Anreicherung eines Gewächshauses
Größe der CO₂-Filteranlage: ca. 90 m²
Größe des Gewächshauses: 37 632 m²
Effekt im Gewächshaus: Steigerung des Ernteertrags um bis zu 20 %

Bild: Climeworks