Klimaretter.

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032 Climeworks 05 Gebald Wurzbacher Side Close Copyright Climeworks Photo by Julia Dunlop

Innovation. Auf den Klimagipfeln wird leidenschaftlich diskutiert, wie die Menschheit den Ausstoß von Kohlendioxid reduzieren kann, um die Erderwärmung in Grenzen zu halten. Wäre es nicht besser, sich Gedanken darüber zu machen, wie das bestehende CO2 aus der Atmosphäre gefiltert werden könnte? Das Schweizer Start-up Climeworks hat einen Weg gefunden.

In jedem Jahr bläst die Menschheit derzeit mehr als 36 Milliarden Tonnen des Treibhausgases Kohlendioxid in die Atmosphäre. Allein Deutschland trug trotz Energiewende im Jahr 2016 mit mehr als 900 Millionen Tonnen dazu bei. Dort bleibt es dann – die durchschnittliche Verweildauer beträgt 120 Jahre – und heizt die Erde auf.

„Im Prinzip ist das, als ob wir jeden Tag Wasser in ein Fass füllen, ohne zu wissen, wann es überläuft. Wir strengen uns heute unheimlich an, etwas weniger in das Fass zu geben als im Vorjahr. Ich habe mich immer gefragt, warum wir nicht versuchen, Wasser aus dem Fass zu schöpfen“, erklärt Christoph Gebald, Mitgründer und einer der Geschäftsführer der Schweizer Firma Climeworks.

Das Kohlendioxid aktiv der Atmosphäre zu entziehen und damit zu einer sogenannten „Negativ-Emission“ zu kommen, ist schon länger Gebalds Mission. Im Jahr 2008 hatte er eher zufällig seinen heutigen Partner Jan Wurzbacher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule ETH Zürich getroffen. Die beiden Maschinenbauingenieure freundeten sich an und entwickelten zusammen eine Technologie, die tatsächlich CO2 aus der Umgebungsluft filtert. „Dabei hatten wir von Anfang an einen unternehmerischen Antrieb, wir wollten etwas Sinnhaftes tun und uns gleichzeitig den Wunsch erfüllen, ein eigenes Unternehmen zu gründen“, beschreibt Gebald die Anfänge. Im Jahr 2009 entsteht Climeworks als Spin-off der Hochschule und entwickelt die Technologie bis zur Marktreife.

Am Anfang finanzierten Gebald und Wurzbacher ihr junges Unternehmen mit den Geldern einer Stiftung, aber auch mit Preisgeldern aus Technologie- und Unternehmenswettbewerben, wie dem Venture Kick der ETH und dem Swiss Startup Award. „In einem zweiten Schritt konnten wir dann Investorengelder akquirieren und später erhielten wir dann auch öffentliche Fördergelder“, beschreibt Gebald die Anfangsjahre.

Im Mai dieses Jahres ist es dann so weit: Climeworks nimmt im schweizerischen Hinwil die weltweit erste kommerzielle Anlage zur CO2-Entfernung in Betrieb – auf dem Dach der Müllverwertungsanlage des Zweckverbands Kehrichtverwertung Zürcher Oberland KEZO. Die 18 Kollektoren der Anlage, die wie überdimensionale Haartrockner aussehen, sind in drei Schiffscontainern un­tergebracht. Sie filtern nun pro Jahr 900 Tonnen des Klimagases aus der Luft.

032 Climeworks 08 Climeworks Plant to Sky Copyright Climeworks Photo by Julia Dunlop 032 Climeworks 14 Greenhouse Meier Cucumber Copyright Climeworks Photo by Julia Dunlop

Das lohnt sich auch finanziell. „Das Gas wird in ein 400 Meter entferntes Gewächshaus gepumpt, wo es dafür sorgt, dass Tomaten, Gurken oder Salat bis zu 20 Prozent schneller wachsen“, erklärt der Ingenieur. In Gartenbaubetrieben werde CO2 schon länger routinemäßig zur „Düngung“ der Pflanzen genutzt. So zahlt der Gewächshausbetreiber denn auch den marktüblichen Preis für das Climeworks-CO2.

Reines CO2 nützt aber nicht nur Pflanzen in Glashäusern. In der Nahrungsmittelindustrie dient es zum Frosten, als Kühlmittel und als Inertgas für die Verpackung von frischem Gemüse und Frischfleisch. In der Getränkeindustrie und in Bars wird es als Trägergas für Fassbier und Softdrinks eingesetzt.

Damit ist das CO2 zwar nicht getilgt, es wird aber immerhin quasi in den Kreislauf zurückgeführt und muss nicht immer wieder neu aus Öl oder Erdgas synthetisiert werden.

Noch ist das CO2 von Climeworks allerdings nicht wettbewerbsfähig. Der Preis pro Tonne CO2 liegt im Markt bei rund 100 Euro. Climeworks produziert zu 400 Euro pro Tonne. „Das Ziel, den marktüblichen Preis zu erreichen, sollte sich einerseits durch technische Modifikationen, andererseits durch die Installation von zunehmend mehr Modulen aber schon bald realisieren lassen“, ist Gebald zuversichtlich.

Technisch ist die Extraktion von CO2 aus der Luft durchaus ein ehrgeiziges Unterfangen. „Denn CO2 hat ja nur einen Anteil von 0,04 Prozent an der uns umgebenden Luft“, erklärt der Erfinder. Eine Climeworks-Anlage saugt zunächst die Umgebungsluft ein. Das Klimagas aus der Luft bindet sich dann chemisch an spezielle Filter. Sind diese mit CO2 gesättigt, werden sie auf ungefähr 100 Grad erhitzt. „Dadurch löst sich das CO2 wieder aus dem Filter und kann als konzentriertes Gas eingesammelt und Kunden zur Verfügung gestellt werden. Die Heizung nutzt dabei die Energie aus einer Müllverbrennungsanlage, die sonst einfach verpuffen würde.“

Die Filter bestehen aus porösen Granulaten, die mit Aminen beschichtet sind, organischen Derivaten von Ammoniak. Sie binden das CO2. Je nach Umgebungsklima wie Luftfeuchtigkeit und Durchschnittstemperatur wählen Gebald und Wurzbacher eines von rund 600 Granulaten, die sie getestet haben. Der Filter hält dann mehrere tausend Zyklen lang.

Ein einzelner Filterkollektor bindet 135 Kilogramm CO2 pro Tag, eine große Anlage mit 36 Kollektoren kann es auf fünf Tonnen pro Tag bringen – abhängig von Temperatur, Feuchtigkeit und Luftzusammensetzung.

Lebenszyklusanalysen, unter anderem von der Universität Stuttgart, zeigen, dass die gesamten Emissionen der aktuellen Climeworks-Anlagen – einschließlich der Baustoffe, der Entsorgung und der Abwärmenutzung – bei weniger als zehn Prozent liegen. Für die Gewinnung von 1000 Kilogramm CO2 muss mit Nebenemissionen von 100 Kilogramm gerechnet werden. „In einem nächsten Schritt sind Lebenszyklusemissionen von unter zwei Prozent zu erwarten“, verspricht Gebald.

Das Hauptziel jeder Klimastrategie muss es allerdings sein, CO2 nicht nur wiederzuverwerten, sondern es ganz und gar aus der Luft verschwinden zu lassen. Das kann technisch mit der sogenannten CCS-Technologie ermöglicht werden. Allerdings ist Carbon Capture and Storage, bei dem das eingefangene CO2 in den Boden gepresst wird, derzeit noch sehr teuer. Außerdem ist unklar, wie sicher solche Deponien sind.

Das von den Climeworks-Anlagen aus der Luft gefilterte CO2 eignet sich natürlich auch für die Einlagerung. Dafür versieht eine der Anlagen seit Herbst dieses Jahres auf Island ihre Arbeit. Hier soll das eingefangene CO2 dauerhaft aus der Atmosphäre entfernt und mittels sicherer, geologischer Speicherung auf Ewigkeiten eingelagert werden. Dazu verbündete sich Climeworks mit dem Energieversorger Reykjavik Energy.

Die Anlage steht auf dem Gelände eines der größten Geothermiekraftwerke der Welt in Hellisheidi, 25 Kilometer östlich von Reykjavik. Sie filtert das CO2 aus der Luft, das dann, in Wasser gelöst, 700 Meter tief in den heißen Basaltuntergrund der Insel geleitet wird. Aufgrund der geologischen Konstellation mit hohem Druck und hohen Temperaturen kann das sprudelnde Gemisch von hier nicht mehr entweichen. Stattdessen reagiert es mit dem Basaltgestein und wandelt sich in weniger als zwei Jahren zu festen Mineralien um. „Wir sind weltweit das einzige Unternehmen, das sowohl CO2 filtert als auch Anlagemodule verkauft. Wenn die Staaten irgendwann erkennen, dass die Klimaziele nur erreicht werden können, falls wir der Atmosphäre aktiv CO2 entziehen, ist unsere Technologie weit vorn.“

Derzeit hat Climeworks zehn weitere Anlagen in verschiedenen Ländern im Rahmen von Förderprojekten laufen. Sieben davon liefern das gewonnene CO2 an Unternehmen und Forschungsprojekte, die sich auf die Synthese von Treibstoffen aus dem Klimagas spezialisiert haben. Darunter befindet sich auch das Unternehmen Sunfire aus Dresden, dessen Herstellungstechnik besonders weit fortgeschritten ist (Kasten rechts).

In weiteren Vorhaben engagiert sich Climeworks unter dem Dach der sogenannten Kopernikus-Projekte für die Energiewende, die vom deutschen Bundesforschungsministerium bisher mit 120 Millionen Euro gefördert wurden und für die es bis 2025 weitere 280 Millionen Euro in Aussicht gestellt hat. Dazu gehört beispielsweise das Projekt Power-to-X, bei dem Strom aus erneuerbaren Quellen in stoffliche Energiespeicher, Energieträger und energieintensive Chemieprodukte umgewandelt werden soll. Die Idee der Verwendung von CO2 aus der Luft wird ebenfalls unterstützt.

Im norwegischen Herøya westlich von Larvik ist man bereits einen Schritt weiter. Hier plant das Unternehmen Nordic Blue Crude eine gigantische Synthesefabrik. Aus CO2, Wasser und Wasserkraft sollen Diesel und Benzin hergestellt werden. Die Anlagen von Climeworks würden dazu den benötigten Synthesegrundstoff CO2 aus der Luft holen. Derzeit untersucht Nordic Blue Crude in einer techno-ökonomischen Planungsstudie, wie teuer und effizient so eine Fabrik ist, welche anderen Produkte sich aus dem CO2 herstellen ließen und wo es dafür die Abnehmer gibt. Einer davon könnte der Autobauer Audi sein, der seit Langem an dieser neuen Art synthetischer Treibstoffe interessiert ist und bereits mit Nordic Blue Crude zusammenarbeitet.

Trotz der vielen neuen, rasant voranschreitenden technischen Entwicklungen stellt sich die Frage: Lohnt sich der ganze Aufwand angesichts der Mammutaufgabe, Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen?

Die bisher größte Climeworks-Anlage mit 36 Kollektoren schafft es im Jahr gerade einmal, 2000 Tonnen CO2 aus der Atmosphäre zu filtern. Das sind 0,02 Prozent der jährlichen deutschen CO2-Emission. Gebald sieht seine Technik deshalb auch nur als Baustein in einem Mix von Maßnahmen, um Treibhausgase künftig zu vermeiden und mit anderen Maßnahmen aus der Luft zu holen – durch Aufforstungen, Änderungen bei der Bodennutzung und bei den Methoden des Nahrungsmittelanbaus.

Aber immerhin – die Climeworks-Technologie zeigt neue Wege auf. „Mit 500000 unserer Anlagen könnte eine Viertel- bis eine halbe Milliarde Tonnen aus der Luft geholt werden.“ Das würde schon fast der Hälfte der deutschen CO2-Emission entsprechen und wäre in etwa mit der Menge vergleichbar, die aus der Ölförderung von Shell resultiert. „Innerhalb der nächsten 20 bis 40 Jahre baut sich eine komplett neue Indus­trie auf, in der wir, denke ich, aktuell die Poleposition einnehmen.“

So könnte zum Beispiel der Flugverkehr revolutioniert werden, der nicht ohne Kerosin auskommt und mit rund fünf Prozent zum globalen CO2-Ausstoß beiträgt. „Hier bieten sich die technischen Kohlendioxidfänger geradezu an, einen Kreislauf zu schließen“, erklärt Gebald. Die Filteranlagen fangen das in die Luft geblasene CO2 der Flieger ein. Danach wird es mit Techniken wie der von Sunfire wieder zu Kerosin synthetisiert.

Würde die Atmosphäre entlastet, hätte das auch positive Auswirkungen auf die Weltmeere. Allein die Ozeane speicherten seit Beginn der Industrialisierung 140 Milliarden Tonnen CO2. Dadurch versauerte ihr Wasser, was die marinen Ökosysteme durcheinanderbrachte. Nähme das atmosphärische CO2 eines fernen Tages wirklich ab, würden die Meere ihre Speicher leeren und die Atmosphäre über lange Zeit weiterhin auffüllen.

Zugegeben – viele dieser Perspektiven müssen heute noch im Konjunktiv geschrieben werden. Aber es ist ein Anfang. Eine Idee. Eine Hoffnung. Die zeigt, wozu technischer Fortschritt in der Lage ist. Für Climeworks, das inzwischen 45 Mitarbeiter hat, sind das natürlich gute Aussichten. Aber die Investitionen in die Erweiterung der isländischen Anlage und die Neubauten in Mitteleuropa erfordern zunächst einmal mehr Kapital. So terminieren die beiden Geschäftsführer denn auch für das erste Quartal 2018 eine Finanzierungsrunde, zu der sie sehr vermögende Privatpersonen einladen werden. „Wir planen eine Kapitalerhöhung im zweistelligen Millionenbereich“, kündigt Gebald an. „Bisher wurden wir, mit einer Ausnahme, von Privatpersonen finanziert. Das würden wir gern so weiterführen.“          

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Sauberer Treibstoff.

Es ist eine faszinierende Idee. Aus den Zutaten CO2, Wasser und erneuerbarer Energie lässt sich sogenanntes Blue Crude herstellen, ein Rohöl, das dann zu synthetischen Treibstoffen – Benzin, Diesel, Kerosin – weiterverarbeitet werden kann.

Wenn das CO2 vorher nach einem Verfahren, wie es Climeworks anwendet, aus der Luft gewonnen wurde, gelangt beim Verbrennen des Treibstoffs kein zusätzliches CO2 mehr in die Atmosphäre. Die guten alten Verbrennungsmotoren würden klimaneutral. Außerdem enthalten derartige synthetische Treibstoffe keinen schädlichen Schwefel und kein gefährliches Stickoxid.

Die Technologie selbst ist uralt und seit 1925 als Fischer-Tropsch-Synthese bekannt. Aus Kohle und Wasserstoff wird flüssiges Öl synthetisch hergestellt. Der Kohlenstoff (C) kam dabei aus der Kohle, der Wasserstoff (H) aus Wasserstoffgas, unter anderem Grubengas. Das Unternehmen Sunfire aus Dresden hat dieses Verfahren zur Kohleverflüssigung nun so verändert, dass es statt der Kohle nun CO2 und anstelle von Wasserstoff Wasser als Grundstoffe nutzen kann. Übrig bleiben die Sauerstoffe aus CO2 und H2O.

Sunfires Technologie kommt jetzt in Norwegen großtechnisch zum Einsatz. Dort baut das Unternehmen Nordic Blue Crude in Herøya am Westufer des Oslofjords bei Larvik auf 40000 Quadratmetern eine Fabrik für synthetische Treibstoffe.

Norwegen ist ein idealer Standort, weil das Land nicht nur über riesige, billige Energiekapazitäten aus Wasserkraft für den Produktionsprozess verfügt. Es besteht dort auch dringender Handlungsbedarf. Denn ab 2025 werden in Norwegen keine Verbrennungsmotoren mehr zugelassen, die fossile Treibstoffe verwenden.

In vier Jahren soll die Produktion starten. Mit an Bord ist neben Sunfire und Climeworks auch der deutsche Autohersteller Audi.

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Autor: Hanns J. Neubert

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