Greta Baden ist Co-Founderin der "TUM Carbon Removal Initiative e.V.” (auch: "TUM Carbon e.V. ”), welche aktuell als studentischer Verein eine skalierbare CO2-Abscheidungs- und Speicherungstechnologie entwickelt, um die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu verringern. Konkret tun sie dies, indem sie den atmosphärischen CO2-Gehalt (0,04 %) direkt aus der Erdatmosphäre abscheiden und als Trockeneis für lange Zeiträume speichern ("Direct Air Carbon Capture and Storage / DACCS”). Mit der Technologie, die sie derzeit entwickeln, möchten sie zwei Kernprobleme der Kohlenstoffabscheidung angehen: Skalierbarkeit und Rückverfolgbarkeit. Die ersten Prototypen wurden bereits gebaut und Experimente durchgeführt, um ihren Ansatz zu validieren.
Im Gespräch mit Co-Founderin Greta Baden erfahren Sie mehr über die verschiedenen CO2-Speicherungstechnologien, die es bis dato gibt und den Wettbewerb im Carbon-Capture-Bereich. Darüber hinaus sprechen wir über die Wirksamkeit des langfristigen Anreizes von DAC-Anlagen im Vergleich zu regulatorischen Ansätzen, welche versuchen, Unternehmen zu incentivieren, in ihren Produktions- und Lieferketten weniger CO2 zu emittieren.
Anmerkung: In Minute 1.51 wird der Begriff Wärmekopplung genutzt, jedoch ist hier damit die Wärmeintegration gemeint, und nicht die Kraft-Wärme-Kopplung.
Im Gespräch mit Greta Baden, Co-Founderin der TUM Carbon Removal Initiative e.V.
Bis zum Jahr 2045 soll Deutschland Treibhausgasneutralität erreichen: Konkret muss bis dann ein Gleichgewicht zwischen Treibhausgas-Emissionen-Ausstoß und deren Abbau herrschen. (1) Eine Kurzstudie der Öko-Instituts e.V. teilte im Dezember 2021 mit, dass insbesondere durch die Studie des IPCC (2018) deutlich geworden ist, dass Negativ-Emissionen-Technologien (NET) u.a. durch DAC-Anlagen umso notwendiger werden, je später die für Klimaneutralität notwendigen Treibhausgasminderungen erzielt werden. (2) Wichtig ist dabei, zwischen Point-Source-Capture-Ansätzen, die direkt an den CO2-Quellen mit höheren CO2-Konzentrationen abscheiden, und Direct-Air-Capture-Ansätzen zu unterscheiden. DAC-Ansätze entziehen der direkten Umgebungsluft CO2 bei einer Konzentration von knapp 0,04%. Point-Source-Capture-Ansätze eignen sich für chemische Anlagen, bei denen sich ein Abscheidungsprozess gut integrieren lässt, sodass verhindert wird, dass das CO2 in die Atmosphäre gelangt. Es gibt aber auch CO2-Quellen, bei denen dieser Prozess nicht direkt integriert werden kann. Hierfür sind Negativ-Emissionen-Ansätze gefragt. (3 )Von Negativ-Emissionen spricht man dann, wenn CO2 aus der Luft entnommen oder auf andere Weise der CO2-Gehalt in der Atmosphäre aktiv reduziert wird. Dies geschieht zum großen Teil bereits durch natürliche Prozesse: Wälder und Moore können beispielsweise große Mengen an CO2 aus der Umgebungsluft aufnehmen. Ein anderer Weg, Negativemissionen zu erreichen, ist durch die sogenannten DAC-Anlagen, wie die der TUM Carbon Removal Initiative.
Die DAC-Anlage der TUM Carbon Removal Initiative fokussiert sich auf eine schnelle Skalierung und gesicherte Rückverfolgbarkeit des Kohlenstoffdioxids
Der Luftkontaktor in der Direct-Air-Capture-Anlage enthält Natrium- und Kaliumcarbonat, das als Sorptionsmittel agiert und das CO2, das durch die Luftventilatoren eingezogen wird, aufnimmt. Sobald das Sorptionsmittel vollständig mit CO2 gesättigt ist, wird es der Regenerationsanlage zugeführt. Die Regenerationsanlage, die durch erneuerbare Ressourcen angetrieben wird, hat einen vergleichsweise geringen Energiebedarf (~ 800 kWh/t) aufgrund des außerordentlichen Potenzials zur Wärmerückgewinnung. Daher bewältigt die Anlage der TUM einige der größten Skalierbarkeitseinschränkungen. Das gesammelte CO2 wird dann in Trockeneis umgewandelt und in Form von Honigwabenstruktur gespeichert, um eine langfristige Speicherung im großen Maßstab zu gewährleisten. Das soll nicht nur hohe Effizienz und geringen Flächenverbrauch sichern, sondern auch eine kontrollierte Umgebung und hohe Rückverfolgbarkeit versprechen. Letztlich kann durch aktive Kühlung eine unbegrenzte Speicherkapazität ermöglicht werden, oder eine Lagerung bis zu 300 Jahre ohne aktive Kühlung.
Die Aufgaben der deutschen Politik in der CO2-Speicherungsindustrie
Aufgrund von zahlreichen Regularien gibt es noch viele offene Fragen in der Skalierung von DAC-Anlagen. Der Entwurf von einem ersten Gesetz zur Änderung des Kohlendioxid-Speicherungsgesetzes von der Bundesregierung, das im Februar 2024 veröffentlicht wurde, zeigt auf, dass neue Richtlinien im Rahmen des Ausbaus von CCS-, darunter auch DACCS-, und CCU-Anlagen realisiert werden. Diese Änderungen werden dann nicht nur den CO2-Pipeline Ausbau vereinfachen, sondern auch die Realisierung der CO2-Speicherungsanlagen erleichtern.
Es ist jedoch wichtig hervorzuheben, dass sich die Negativ-Emissionen-Technologien nur auf unvermeidbare Emissionen fokussieren. Anderweitig nicht vermeidbare Emissionen sind solche, die auch beim Einsatz von Wasserstoff oder der Elektrifizierung des Produktionsprozesses nicht vermieden werden können. So fallen zum Beispiel bei der Kalk- und Zementproduktion CO2-Emissionen prozessbedingt an, auch wenn als Energieträger Erneuerbare Energien zum Einsatz kommen. Frau Baden hebt hervor, dass diese Technologien, wie auch die von TUM Carbon e.V., kein Freifahrtschein sein sollen, um weiter CO2 in die Luft zu “pusten”. Es müssen entsprechende Rahmenbedingungen geschaffen werden, um CO2-Emissionen von Vornhinein zu vermeiden und Industrie-Prozesse auch effizienter zu gestalten, bzw. so zu gestalten, dass insgesamt weniger CO2 ausgestoßen wird. Gerade im Bereich von CCS und CCU gab es in den letzten Jahren große technische Fortschritte, was den Einsatz dieser Technologien wirtschaftlich attraktiver macht. Durch die strengen Klimaziele der Europäischen Union und aufgrund einer zuletzt ambitionierten Reform des EU-Emissionshandels ist es zudem auch immer teurer geworden, CO2 zu emittieren. Erst jetzt wird es daher für Unternehmen überhaupt interessant, über den Einsatz von CCS und CCU nachzudenken.
Da Negativemissions-Anlagen wie die von TUM Carbon e.V. jedoch nicht von heute auf morgen in großindustriellem Maßstab verfügbar sind, müssen sie frühzeitig entwickelt werden und nicht erst, wenn offenbar wird, dass sie aufgrund unzureichender Treibhausgasminderung unverzichtbar sind (4) Zusammenfassend müssen DAC-Anlagen wie die von TUM Carbon e.V. wohl als eine Risikoabsicherung für den Fall betrachtet werden, dass die Treibhausgasminderung nicht so schnell erzielt wird, wie für die Einhaltung der Temperaturzieles des Pariser Klimaabkommens notwendig wäre. Quellenangabe: [1] Klimaschutzgesetz: Klimaneutralität bis 2045 | Bundesregierung (o. D.): Die Bundesregierung Informiert | Startseite, [online] https://www.bundesregierung.de/breg-de/schwerpunkte/klimaschutz/klimaschutzgesetz-2021-1913672? [2 & 4] Cames, Matin et al. (2021): Wie ökologisch und sozial verträglich sind CCS, BECCS und CCU Technologien?, Kurzstudie Im Auftrag Des NABU Berlin, [online] https://www.nabu.de/imperia/md/content/nabude/klimaschutz/221027_studie_ccuccus.pdf.[3] CCU-Technologie | Kompetenzzentrum Klimaschutz in energieintensiven Industrien (KEI) (o. D.): Kei, [online] https://www.klimaschutz-industrie.de/themen/technologien-und-querschnittsthemen/ccu-technologie/.
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