Fünf Ideen, wie CO2 langfristig gebunden und zum Rohstoff werden kann

CO2 in der Atmosphäre ist eines der größten Probleme unserer Zeit. Was, wenn es zur Lösung werden könnte? Die Bundesagentur für Sprunginnovation SPRIND fördert fünf Projekte, bei denen das Treibhausgas gebunden und zum Rohstoff gemacht werden soll. Insbesondere CO2-negative Baustoffe könnten einen Beitrag gegen den Klimawandel leisten.

Von Roman Maas

Verbrennungsmotoren, Bauwesen, Kunststoffherstellung, Stromgewinnung: Der massenhafte Ausstoß des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) ist eine der Hauptursachen für die fortschreitende globale Erwärmung. Wenn wir diese begrenzen wollen, müssen wir mehr tun, als die Emissionen auf ein absolutes Minimum zu bremsen. Vorhandenes CO2 muss zusätzlich aus der Atmosphäre und den Ozeanen gezogen und gebunden werden. Der Weltklimarat (IPCC) hat in seinem letzten Bericht betont, dass Carbon Dioxide Removal (CDR) unvermeidlich ist, wenn wir auf Netto-Null-Emissionen kommen wollen.

CDR kann auf mehreren Wegen geschehen. Etwa durch Direct Air Capture, bei der CO2-Sauger das Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen. Dies geschieht bereits an mehreren Stellen: So betreibt das Schweizer Unternehmen Climeworks Anlagen auf Island, deren neueste Modelle etwa 4.000 Tonnen CO2 pro Jahr absaugen sollen.

Und dann? Am wichtigsten ist, dass das Kohlendioxid so lange wie möglich gebunden wird und nicht wieder in die Luft oder in natürliche Gewässer gelangt. Beim direkten CO2-Absaugen ist dafür eine mögliche Lösung, das CO2 in tiefe Erdschichten zu pumpen, wo es über Jahrhunderte gespeichert werden kann. Diese Carbon Capture and Storage (CCS) Methode ist allerdings laut Umweltbundesamt nur unter bestimmten Voraussetzungen nötig und nicht ohne Umweltrisiken. Es kann also nur eine Teillösung sein.

Aus CO2 können neue Produkte werden

Eine andere Möglichkeit besteht in der Verarbeitung von Pflanzenresten aus der Agrar- und Forstwirtschaft, in denen CO2 gebunden ist, das bei ihrem Zerfall wieder freigesetzt würde. Mittels Pyrolyse wird dieses organische Material ohne Luftzufuhr auf mindestens 400 Grad erhitzt. Die dadurch entstehende Biokohle speichert große Mengen an CO2. Diese kann im Boden als Dünger für die Landwirtschaft eingesetzt oder gepresst zu langlebigen Produkten verarbeitet werden.

CO2 kann darüber hinaus vielfältig verarbeiteten werden – etwa als Rohstoff für Baumaterialien, Kunststoffe und E-Fuels. So kann das gebundene CO2 noch einen Nutzen haben und für die Herstellung entsprechender Produkte sind weniger Emissionen notwendig. Der Oberbegriff dafür lautet Carbon Capture and Utilization (CCU), man spricht auch von Negative Emissions Technologies (NET).

Diese Technologien sind nicht unumstritten. Ein Hauptkritikpunkt ist, dass oft nicht gesichert ist, dass der Aufwand, die technischen Großprojekte zu konstruieren nicht mehr Umweltkosten verursacht, als verhindert. Viele der bisherigen Konzepte sind nur begrenzt nützlich oder unrentabel. Es braucht also mehr Ideen und Innovationen.

Glossar zur CO2-Bindung

Wer sich über die verschiedenen Möglichkeiten, Kohlendioxid einzufangen und zu speichern, informieren will, stößt auf einen Begriffsdschungel. Hier sind die wichtigsten Abkürzungen übersichtlich erklärt:

Carbon Dioxide Removal (CDR): Entnahme von Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre. Darunter fallen alle Methoden der CO2-Entfernung, auch die Aufforstung mit Baumbeständen. Diese Abkürzung wird oft synonym zum Begriff Negative Emissionen verwendet.

Carbon Capture and Storage (CCS): CO2-Abscheidung und -Speicherung oder auch CO2-Sequestrierung. Oberbegriff für verschiedene Methoden, bei denen CO2 aus der Luft abgesaugt oder durch spezielle Trennsysteme filtriert und in tiefen Erdschichten eingelagert wird.

Carbon Capture and Utilization (CCU): CO2-Abscheidung und -Verwendung oder einfacher. Hierbei wird das eingefangene CO2 nicht unter die Erde gepumpt, sondern für weitere Rohstoffe verwertet.

Negative Emissions Technologies (NET): Begriff für alle Technologien, die CDR betreiben.

Direct Air Carbon Capture and Storage (DACCS): Auch Direct Air Capture (DAC) genannt. Spezielle NET, bei der CO2 mit Anlagen direkt aus der Luft gesogen und gespeichert werden.

Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS): Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung: Technologien bei denen Biomasse kontrolliert verbrannt wird, so dass das CO2 abgeschieden und gespeichert werden kann.

Die Carbon-to-Value Challenge der SPRIND

Um neue Lösungen zu finden, hat die Bundesagentur für Sprunginnovationen SPRIND ihre Carbon-to-Value Challenge gestartet. Dabei geht es um Wege und Prozesse, eingefangenes CO2 in großen Mengen in möglichst langfristig haltbare Produkte zu verarbeiten. Aus den Einreichungen wurden nun fünf Teams ausgewählt, bestehend aus Forscher:innen und Unternehmer:innen, die vielversprechende CCU-Ideen haben. Sie erhalten jeweils 600.000 Euro Zuschuss, um ihre Projekte voranzutreiben. In einem Jahr wird eine Jury entscheiden, wer weiterhin von der Bundesagentur gefördert wird.

Wir stellen euch die fünf Teilnehmer der Carbon-to-Value Challenge vor.

Robinia

Das Projekt Robinia arbeitet an einem Verbundstoff aus Robinienbäumen. Diese amerikanischen Laubbäume sind robust, pflegeleicht und wachsen besonders schnell. Wie alle Bäume binden sie CO2, zudem haben sie dank spezieller Bakterien die Eigenschaft, Luftstickstoff binden zu können. Besonders Brücken und Windkraftanlagen sollen mit dem Baumaterialersatz konstruiert werden.

Im Team Robinia sind Forscher der Fraunhofer Institute für Werkstoff- und Strahltechnik und für Holzforschung, von LEAG Cottbus und STRAB Ingenieurholzbau Hermsdorf.

Carbon-to-Concrete

Das Carbon-to-Concrete Projekt will ebenfalls einen Beitrag zur Revolution der Baustoffe leisten. Die Teammitglieder der OCS GmbH, der Bauhaus Universität Weimar, des Ingenieurbüros Dressel und des Betonwerks Bad Lausick wollen einen Prozess entwickelt haben, CO2-negativen Beton herzustellen. Dabei kommt das Mineral Olivin zum Einsatz. Dieses grüne Silikat-Gestein ist in der Lage, große Mengen an CO2 zu speichern. Bisherige Techniken, Olivin mit CO2 zu versetzen, um es langfristig zu speichern, sind bisher an zu hohen Umweltkosten gescheitert. Wie genau die von Carbon-to-Concrete entwickelte Anwendung aussehen wird, ist noch nicht näher bekannt.

Carbo Culture

Carbo Culture ist ein finnisches Unternehmen, das es sich zur Aufgabe gemacht hat, CO2 aus Bäumen langfristig in Biokohle zu verwandeln. Dafür haben sie eine Technologie namens Carbolysis, basierend auf der Pyrolyse, patentiert. Diese soll dank Hochdruck und Hitze so stabile Briketts produzieren, die bis zu tausend Jahre lang nicht denaturieren. Verbrannt werden sollte die Biokohle dann natürlich nicht.

EnaDyne

Das Berliner Unternehmen EnaDyne betreibt Reaktoren, die eingefangenes CO2 per Plasmakatalyse zu Kohlenwasserstoffen wie Methanol, Ethanol oder Ethylen verarbeiten können. Diese Rohstoffe können unter anderem von der Zementindustrie, in Biogasanlagen, der chemischen Industrie und für die Herstellung von E-Fuels eingesetzt werden.

C-Cause

Ozeane absorbieren Milliarden Tonnen menschengemachter CO2-Emissionen. Dadurch werden die Meere übersäuert und ganze Ökoysteme zerstört. Das Projekt C-Cause möchte mit riesigen Algen-Farmen gegen die Über-Karbonisierung der Gewässer ankämpfen. Besonders Sargassum-Algen sind in der Lage, dem Wasser CO2 in großen Mengen entziehen. Nach der Ernte können die Algen weiterverarbeitet werden, etwa zu Dünger für die Landwirtschaft oder zu Ethylen. C-Cause setzt sich aus Forscher:innen von Carbonwave, Seafields, AWI und Geomar zusammen und wird vom Chemiekonzern BASF unterstützt.

Welche Rolle werden CO2-Produkte in Zukunft spielen?

Bei CCU ist es, wie gesagt, entscheidend, dass die CO2-haltigen Rohstoffe möglichst lange in fester Form erhalten werden. Deshalb gelten Baumaterialien als eine sinnvolle Lösung – aus ihnen entstehen Gebäude und Brücken, die jahrzehntelang oder sogar jahrhundertelang halten. Gleichzeitig gehört die Herstellung des Verbundstoffes Zement zu den größten Verursachern von Treibhausgasen weltweit. Acht Prozent der globalen Emissionen sind Schätzungen zufolge auf die Zementproduktion zurückzuführen. Könnte man die Zementherstellung reduzieren, indem man stattdessen auf alternative Baustoffe mit gebundenem CO2 setzt, würde man also zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen.

Bringt die Carbon-to-Value-Challenge der SPRIND skalierbare Lösungen hervor, bei denen CO2 in großen Mengen gebunden und zu langlebigen Produkten wird, wäre das ein weiterer Schritt, um den globalen Temperaturanstieg aufzuhalten. Einer von sehr vielen notwendigen Schritten.

Rafael Lagune de la Vera von der SPRIND beim Festival der Zukunft

Übrigens, der Direktor der Bundesagentur für Sprunginnovation, Rafael Laguna de la Vera, wird am 22. Juli bei unserem Festival der Zukunft in München dabei sein. Dort wird es drei Tage darum gehen, wie wir mit neuen Ideen und Technologien die großen Probleme unserer Zeit lösen können. Sei dabei!