Der Kohlendioxid-Staubsauger

Die Wunderwaffe gegen den Klimawandel gibt es nicht. Doch was im Zürcher Oberland zur Reinigung der Atmosphäre von CO2 geleistet wird, kommt dem nahe. Dabei kopiert die Climeworks AG lediglich eine jahrtausendealte Technologie der Natur – ohne Nutzung von Wasser, ohne negative Auswirkungen auf Biodiversität, Nahrungsmittelsicherheit oder Erwärmung der Atmosphäre.
INNOVATION VON KEVIN BLOCH UND CHRISTIAN GERIG, 10.06.2019

2016 hat sich die grosse Mehrheit der Länder der Welt verpflichtet, bis 2050 eine weitere Belastung der Atmosphäre mit Kohlenstoffdioxid zu beenden. Weil sich nur auf diesem Weg die Erwärmung der Erde um mehr als 1,5 °C verhindern lässt – einen Wert, dessen Überschreitung für unseren Planeten katastrophale Folgen hätte. Zur Kontamination der Atmosphäre mit Kohlenstoffen (CO2) hat der Mensch durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Erdöl, Erdgas und Kohle massgeblich beigetragen. Die Reduktion und schliesslich der Stopp dieser Verschmutzung ist die eine Seite, wichtig ist aber auch, das bereits emittierte Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen. 

Diese Arbeit haben bis dato die Waldbestände der Erde besorgt, die durch Photosynthese Kohlendioxid in Zucker und Sauerstoff umwandelten und damit die Umwelt reinigten. Die exponentiell zunehmende Verschmutzung der Umwelt durch Kohlendioxid und das gleichzeitige Abholzen der Wälder haben aber drastisch aufgezeigt, dass neben der Reduktion des CO2-Ausstosses zusätzliche Massnahmen zur Reinigung der bereits kontaminierten Luft nötig sind. 

Nahaufnahme der Filter-Anlage von Climeworks
Bereits in die Umwelt abgelassenes Kohlendioxid wird hier aus der Luft gesaugt.
Aussenansicht der gesamten Anlage

«Direkter Zugriff» auf den Übeltäter

Direct Air Capture bezeichnet das Filtern von Kohlendioxid aus der Luft, die Lagerung sowie die kommerzielle Nutzung des gewonnenen Materials. Das Prinzip ist einfach: Umgebungsluft wird angesaugt und durch einen mit CO2-absorbierendem Granulat beschichteten Filter geblasen. Sobald dieser Filter vollständig mit CO2-Molekülen beladen ist, wird er auf 100 °C erhitzt, die Moleküle lösen sich, werden eingesammelt und ihrer Bestimmung zugeführt. 

Der Anwendungshorizont dieser ausgefilterten Moleküle ist breit: von Kohlensäure in Mineralwässern über Kühlmittel für Autos bis zu synthetischen Treibstoffen und Dünger für Gewächshäuser. Was von den «geernteten» Molekülen nicht umgehend gebraucht wird, kann gelagert werden: Bei Reykjavik werden bereits heute aus dem Filter ausgewaschene Moleküle mit Wasser vermischt. Das entstehende heisse Sodawasser wird in unterirdische Basalt-Fels-Formationen injiziert, wo das CO2 innert zwei Jahren mineralisiert und damit definitiv unschädlich ist.

Frontalansicht der Gewächshauser
Das ausgefilterte Kohlendioxid wird sinnvoll genutzt: Was in der Atmosphäre eine Verschmutzung ist, wird im Gewächshaus zu Dünger.
Detailansicht eines Gewächshauses
Die gesamte Anlage mit den Gewächshäusern im Vordergrund
«Etwa gleich effizient wie der Versuch,
den Pazifischen Ozean mit
einem Eimer zu leeren!»

Die Arbeit von 40’000 Bäumen

Wenn das in Paris vereinbarte Klimaziel einer Limitierung der Erderwärmung auf maximal 1,5 °C erreicht werden soll, muss die Erdatmosphäre jedes Jahr von mindestens 8 Milliarden Tonnen CO2 gereinigt werden. Angesichts dieser astronomischen Vorgaben erscheint der Beitrag des Wunderwerks von Climeworks, das auf dem Dach der Kehrichtverbrennungsanlage Hinwil die Verschmutzung der Luft bekämpft, als «Quantité négligable». Zwar erledigen die 18 «Kohlendioxid-Sauger» im Zürcher Oberland den Job von 40’000 Bäumen. Das sei etwa gleich effizient wie der Versuch, den Pazifischen Ozean mit einem Eimer zu leeren, schrieb die renommierte New York Times Ende 2018. Tatsächlich fischen die rund 20 Grossanlagen, die zurzeit weltweit mit verschiedenen Technologien CO2 aus der Atmosphäre abgreifen, 40 Millionen Tonnen Karbon jährlich aus der Erdatmosphäre, doch diese beeindruckende Menge entspricht gerade mal einem einzigen Prozent der globalen CO2-Emissionen.

«Wir gründeten kein neues Start-up-Unternehmen, sondern eine neue Industrie.»

Entmutigen lassen sich die Bosse von Climeworks von solchen Rechnungen nicht. Ihnen war bereits vor zehn Jahren klar, dass sie mit ihrer Technologie Neuland betreten würden. «Wir gründeten kein neues Start-up-Unternehmen, sondern eine neue Industrie», sagt Jan Wurzbacher, Co-Founder von Climeworks, selbstbewusst. Die technischen Entwicklungen der letzten Jahre haben ihren Unternehmergeist belohnt: Konnte man bei der Inbetriebnahme der Anlage die täglich eingefangenen Karbon-Moleküle beinahe noch an zwei Händen abzählen, sind es heute bereits mehrere Tonnen pro Tag. Realistische Schätzungen gehen von 1 Million Tonnen pro 24 Stunden innerhalb der nächsten fünf Jahre aus.

Die Direct-Air-Capture-Technologie hat von allen Techniken zur Säuberung der Atmosphäre das grösste Entwicklungspotenzial. Vor allem, was die Nutzung von natürlichen Ressourcen für den Reinigungsprozess betrifft – eine Grösse, die für die Glaubwürdigkeit von Umwelt-Technologien von zentraler Bedeutung ist. Vergleicht man die kollateralen Umweltbelastungen, die verursacht werden durch die verschiedenen Methoden, mit denen das eine Prozent der 800 Gigatonnen CO2 jährlich industriell aus der Atmosphäre gefischt werden, so schneidet die Absaugmethode von Climeworks signifikant am besten ab. Der Flächenbedarf durch die Wiederaufforstung von Wäldern ist mit rund 6,4 Millionen Quadratkilometern über 400-mal grösser als bei den Absauganlagen, dabei verbrauchen die gepflanzten Bäume zusätzlich über 74 Milliarden Kubikmeter Wasser (das 15-fache des Bodensees) jedes Jahr. Die ebenfalls verbreitete «BECCS-Technologie», bei der durch die Verbrennung von Biomasse Energie erzeugt und das CO2 direkt bei der Verbrennung abgefangen und gelagert wird, verbraucht noch immer 480 Kubikkilometer Wasser für die Absorption der 8 Gigatonnen CO2. Die Absaugtechnologie von Climeworks kommt dagegen völlig ohne Wasser aus und ist – im Gegensatz zu allen anderen Techniken – ohne jede negative Auswirkung auf Biodiversität, Nahrungsmittelsicherheit, Wasserverschmutzung oder Erwärmung der Atmosphäre durch Rückstrahlung.

Nahaufnahme der Filter
Nahaufnahme der Filter
Eine Million Tonnen Karbonmoleküle pro 24 Stunden: ein ambitiöses, aber erreichbares Ziel für 2025.

Ist die Technologie von Climeworks also doch die «Silver Bullet» gegen den Klimawandel? Noch nicht, geben Jan Wurzbacher und Christoph Gebald mit Hinweis auf das grosse Sorgenkind zu bedenken: Die Technologie ist noch weit entfernt von der Wirtschaftlichkeit.

Zwar hat auch hier die CO2-Capture-Technologie zwei unschätzbare Vorteile: Sie ist unendlich skalierbar und grundsätzlich standortunabhängig. CO2-Emissionen vermischen sich sehr schnell mit der übrigen Atmosphäre und können unabhängig vom Ort der Emission dort gefiltert werden, wo Platz für gross dimensionierte Anlagen vorhanden ist. Und wo der Baugrund finanzierbar ist – denn je grösser die Anlage desto kostengünstiger Bau und Betrieb. Climeworks plant deshalb auch in grossen Zahlen: Um bis 2025 das eine Prozent der globalen Kohlendioxid-Emissionen alleine mit der Direct-Air-Capture-Technologie abzusaugen, müssen 250’000 Anlagen der Hinwil-Dimension gebaut werden. Das sind 4,5 Millionen «Kohlendioxid-Staubsauger».

«Toyota produziert mehr als
10 Millionen Autos jedes Jahr – warum
soll das bei der Produktion
von Air-Capture-Anlagen nicht gehen?»

Machbar? Ja, sagen die Climeworks-Gründer und verweisen auf die Erfolge der Autoindustrie. Ein solcher Collector, sagt Gebald, habe etwa die Dimensionen eines Personenwagens. Und ebenso wie bei der Auto-Herstellung liesse sich die Produktion von CO2-Saugern relativ einfach automatisieren. «Toyota produziert mehr als 10 Millionen Autos jedes Jahr», sagt Gebald. Warum soll das bei der Produktion von Air-Capture-Anlagen nicht auch gehen? 

Durch die roten Ventile am Verteilknoten wird die Energie, die für die sogenannte Desorption des CO2 benötigt wird, möglichst effizient in die Anlage zurückgespeist.

Doch bis dahin gilt es noch einige Überzeugungsarbeit bei Politikern und Investoren zu leisten, auch wenn Climeworks weitere Investoren gewinnen konnte (NZZ vom 30.08.2018). «Public goods», also Güter, welche der Allgemeinheit dienen, aber nicht gekauft werden können, weil es für sie keinen Markt gibt, haben keinen Preis, der durch Angebot und Nachfrage bestimmt wird. Er muss von politischen Entscheidungsträgern und langfristig handelnden Investoren festgelegt werden.

Ein Killerargument dafür haben die CO2 -Absorbierungsfirmen zur Hand: «Für die Entwicklung der Umweltsysteme gibt es keinen Rückwärtsgang», sagt der kalifornische Finanzanalyst für Energie, Hal Harvey. «Wenn wir die Tundra aufgetaut haben, ist Game over.» 

Die Frage sei nicht mehr, ob diese oder jene Technologie effizienter sei, ob das Augenmerk eher auf die Verhinderung der Entstehung von CO2-Emissionen oder deren Absaugen gelegt werden soll. «Es müssen alle Register gezogen werden, bevor es zu spät ist.»

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