Neue Technik verwandelt CO2 in Sekunden zu festem Stoff – eine Chance für eine emmissionsarme Schwerindustrie?

Zement und Stahl, sogenannte Schwerindustrien, sind schmutzige Geschäfte. Aber können neue Technologien zur CO2-Abscheidung dazu beitragen, dass sie umweltfreundlicher werden?

Autor Mark Newton:

Übersetzung Lara Sophie Sander, 14.02.22

Technologien, die in der Lage sind, CO2 abzuscheiden, werden als extrem wichtig angesehen, um die Schwerindustrie zu zur dekarbonisieren. Kohlenstoff abzufangen, bevor er überhaupt in die Atmosphäre gelangen kann, und in einen besser kontrollierbaren Zustand – in der Regel eine feste Form – umzuwandeln – in der Theorie hört sich die Idee sehr vielversprechend an.

Doch wie bei vielen dieser scheinbar revolutionären Technologien lassen Probleme nicht lange auf sich warten. Die CO2-Abscheidung kann derzeit nur in relativ kleinem Maßstab durchgeführt werden und ist oft ineffizient. Die meisten der Methoden erfordern außerdem große Mengen an Energie und können zu anderen Umweltproblemen führen, zum Beispiel, wenn Flüssiggas in den Boden gepumpt wird. Forschende der RMIT University in Melbourne haben nun eine Methode entwickelt, die einige der Probleme lösen und die Kohlenstoffabscheidung praktikabler und umweltfreundlicher machen soll.

Der in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Science vorgestellte Ansatz wandelt Kohlendioxid innerhalb von Sekunden in eine feste Form um, und zwar auf eine Weise, die sich theoretisch leicht skalieren und in bestehende Produktionszyklen integrieren lässt. Dafür werden thermochemische Methoden genutzt, um eine Art „Blasensäule“ aus flüssigem Metall zu erzeugen. In das auf etwa 100-120 Grad Celsius erhitzte Metall wird dann Kohlendioxid gepumpt. Das Kohlendioxid steigt als Blasen in der Säule auf, wobei sich das Gasmolekül in Flocken aus festem Kohlenstoff auflöst. Der große Vorteil dieses Systems besteht darin, dass der gesamte Prozess nur Sekunden dauert, wie der leitende Forscher Dr. Ken Chiang erklärt:
„Es ist die außergewöhnliche Geschwindigkeit der chemischen Reaktion, die wir erreicht haben, die unsere Technologie kommerziell lebensfähig macht, wo so viele alternative Ansätze Schwierigkeiten hatten.“

Ein Schlüssel zu umweltfreundlicheren industriellen Wirtschaftssystemen?

Darüber hinaus könnten die entstehenden Kohlenstoffblöcke auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden. Das Forschungsteam experimentiert bereits damit, sie in Bausteine umzuwandeln. Dadurch könnte das Abfallprodukt Teil der Kreislaufwirtschaft werden und sich die CO2-Abscheidung im Laufe der Zeit selbst refinanzieren. Auch andere Projekte haben damit experimentiert, den Kohlenstoff als Brennstoff oder Düngemittel nutzbar zu machen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Verfahren mit relativ niedrigen Temperaturen arbeitet, was den Energiebedarf des Systems senkt. Theoretisch könnte der gesamte Prozess daher mit erneuerbaren Energien betrieben werden.

Der nächste Schritt im Projekt ist die Skalierung zu einem größeren Modell, das sich leicht und nahtlos in die derzeitigen Produktionsprozesse schmutziger Industrien, wie bei Beton und Stahl, integrieren lässt. Diese würden aufgrund ihres hohen Energiebedarfs und der Menge an Kohlenstoff, die die Produktionsprozesse erzeugen, besonders von der Dekarbonisierung profitieren. Außerdem werden diese Sektoren in Zukunft wahrscheinlich noch weiter wachsen, denn Bevölkerungswachstum und zunehmende Verstädterung erhöhen die Nachfrage in der Bauindustrie, insbesondere im globalen Süden.

Letztlich haben effiziente, energiesparende Technologie zur CO2-Abscheidung das Potenzial, den CO2-Fußabdruck schmutziger Industrien zu verkleinern und Unternehmen sogar eine alternative Einnahmequelle zu bieten. All dies könnte notwendig sein, um unternehmerisch-orientierte Eigentümer zu ermutigen, Dekarbonisierungsprozesse in ihren Betrieb aufzunehmen.

Das RMIT-Verfahren „Bubble Column“ hat bereits einige Aufmerksamkeit in der Branche erregt. Die Universität hat sich mit dem Betonhersteller ABR zusammengetan, um bei der Konstruktion der ersten Prototypen zu helfen, darunter ein Modell in der Größe eines Schiffscontainers, dass den Ansatz nachweislich bestätigten soll.

Dies ist nicht der erste Vorstoß in den Bereich der CO2-Abscheidung. Im Jahr 2019 kündigte die Universität Forschungsarbeiten an, bei denen Kohlenstoff im Wesentlichen wieder in Kohle umgewandelt wurde, und zwar bei Raumtemperatur. Solche Entwicklungen sind für die Regierungen von Staaten, die das Potenzial von CO2-Abscheidungssystemen hervorgehoben haben, äußerst verlockend – insbesondere, da sie die Fortführung der Schwerindustrie in einer dekarbonisierten Form ermöglichen. Das sichert theoretisch Arbeitsplätze und hält die wirtschaftliche Entwicklung aufrecht. Viele Systeme stecken jedoch noch in den Kinderschuhen, und es bleibt abzuwarten, ob das System zur CO2-Abscheidung wirklich zum Paradebeispiel der Dekarbonisierung werden kann.

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