CO2 aus der Luft saugen:
Der Kohlendioxid-Staubsauger von Climeworks

Die Wunderwaffe gegen den Klimawandel gibt es nicht. Doch was im Zürcher Oberland und in Island nahe Reykjavik zur Reinigung der Atmosphäre geleistet wird, kommt ihr nahe. Dabei kopiert die Climeworks AG lediglich eine jahrtausendealte Technologie der Natur – ohne negative Auswirkungen auf Biodiversität, Nahrungsmittelsicherheit oder Erwärmung der Atmosphäre.
INNOVATION VON CHRISTIAN GERIG, 23.03.2022

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.

Die Arbeit der Wälder unterstützen

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 CO2: So funktioniert’s

Direct Air Capture bezeichnet das Filtern von Kohlendioxid aus der Luft. Das Prinzip ist einfach: Umgebungsluft wird von einem Kollektor angesaugt und durch einen Filter geblasen, der das CO2 adsorbiert. Sobald dieser Filter vollständig mit CO2-Molekülen beladen ist, wird der Kollektor geschlossen und der Filter 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. Mit dem CO2, das Climeworks mit seiner Direct-Air-Capture-Anlage «Capricorn» in Hinwil einfängt, wird beispielsweise ein nahegelegenes Gewächshaus versorgt und Mineralwasser kohlenstoffneutral gesprudelt.

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

CO2 endgültig aus der Luft entfernen

Doch um den Klimawandel zu stoppen, muss das Treibhausgas nicht nur wiederverwendet, sondern endgültig aus der Luft entfernt werden. Seit der industriellen Revolution haben sich Milliarden von Tonnen an CO2 in der Atmosphäre aufgebaut, die auch in Zukunft nicht nur durch natürliche Kohlenstoffsenken wie den Wäldern absorbiert werden können.

Es braucht also auch einen technologischen Ansatz, um das CO2 zu entfernen. Climeworks neueste Anlage «Orca» in Island wurde genau zu diesem Zweck gebaut. Hier wird CO2 nicht aus der Luft gefischt, um wiederverwendet zu werden, sondern die «geernteten» Moleküle werden vom Climeworks Storage-Partner Carbfix mit Wasser vermischt und in unterirdische Basalt-Fels-Formationen injiziert. Durch einen natürlichen Prozess reagiert das CO2 mit dem Basalt und mineralisiert innert zweier Jahre. Somit wird das Treibhausgas dauerhaft gebunden und ist definitiv unschädlich.

Die Gründer Gebald und Wurzbacher laufen auf die Anlage in Island zu.
Die beiden Gründer blicken zu ihrer Anlage auf.
Die Gründer untersuchen einen Stein, der aus dem CO2 entstanden ist.

Mammutaufgabe zur CO2-Entlastung der Umwelt

Wenn das in Paris vereinbarte Klimaziel einer Limitierung der Erderwärmung auf maximal 1,5 °C erreicht werden soll, muss die Erdatmosphäre bis 2050 jedes Jahr von 6 bis 10 Milliarden Tonnen CO2 gereinigt werden (Quelle: unepfi.org).

Entmutigen lassen sich die Chefs von Climeworks von solchen Rechnungen nicht. Ihnen war bereits vor 13 Jahren klar, dass sie mit ihrer Technologie Neuland betreten.

Die technischen Entwicklungen der letzten Jahre haben ihren Unternehmergeist belohnt: Konnte man bei den ersten Direct-Air-Capture-Prototypen, die im Labor entwickelt wurden, die täglich eingefangenen Karbonmoleküle beinahe noch an zwei Händen abzählen, sind es in Hinwil bis zu 900 Tonnen CO2 pro Jahr und in Island mit bis zu 4000 Tonnen mehr als das Vierfache davon pro Jahr. Orca ist die weltweit erste kommerzielle Grossanlage, die CO2 aus der Luft filtern und in geologischen Formationen dauerhaft speichern kann. Das stellt nicht nur einen grossen Schritt für Climeworks, sondern für die gesamte Direct-Air-Capture-Industrie dar.

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

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Kunden können ihren CO2-Ausstoss entfernen lassen: Private und Unternehmen

Ist die Technologie von Climeworks also doch die «Silver Bullet» gegen den Klimawandel? Climeworks wachsende Kundschaft zeigt klar, dass eine grosse Nachfrage besteht nach Lösungen für das dauerhafte Entfernen von CO2, auch Carbon Dioxide Removal genannt. Bereits mehr als 13’000 Privatpersonen und namenhafte Unternehmen wie Microsoft, Swiss Re und BCG lassen einen Teil ihrer unvermeidbaren und historischen Emissionen dauerhaft von Climeworks entfernen (zum Angebot). ewz verdoppelt die CO2-Ausfilterung sogar noch: beim Glasfaserprodukt ewz.fiber mittels Klimabeitrag bzw. durch den ewz-Innovationsfond).

Eine der Herausforderungen, die sich Climeworks jetzt stellt, besteht darin, die Technologie weiterzuentwickeln und zu skalieren, um der starken Nachfrage – und dem 1,5 °C-Ziel – gerecht zu werden. Die Direct-Air-Capture-Technologie hat von allen Techniken zur Säuberung der Atmosphäre das grösste Entwicklungspotenzial.

CO2-Absaugen: Natürlich mit natürlichen Ressourcen

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 durch die verschiedenen Methoden verursacht werden, mit denen die 6 bis 10 Gigatonnen CO2 jährlich aus der Atmosphäre gefischt werden, so schneidet die Absaugmethode von Climeworks signifikant am besten ab.

Da sie auf einer Technologie basiert, ist sie im Gegensatz zu naturbasierten Methoden wie der Wiederaufforstung von Wäldern unendlich skalierbar. Grundsätzlich ist sie auch standortunabhängig, denn CO2-Emissionen vermischen sich sehr schnell mit der übrigen Atmosphäre und können von Climeworks unabhängig vom Ort der Emission dort gefiltert werden, wo eine erneuerbare Energiequelle und Optionen für die CO2-Speicherung zur Verfügung stehen.

Nahaufnahme der Filter
Nahaufnahme der Filter

Wie steht es mit dem eigenen ökologischen Fussabdruck?

Somit konkurrenzieren die Anlagen nicht mit Flächen, die für die Landwirtschaft genutzt werden könnten. Durch die ausschliessliche Verwendung von erneuerbarer Energie haben die Anlagen von Climeworks selber einen sehr geringen CO2-Fussabdruck. Eine unabhängige Studie der RWTH Aachen hat gezeigt, dass eine Climeworks-Anlage eine netto CO2-Effizienz von mehr als 90% hat. Das heisst, dass eine typische Climeworks-Anlage während ihrer gesamten Lebensdauer (einschliesslich Bau, Betrieb und Recycling) weniger als 10% des eingefangenen Kohlendioxids wieder ausstösst.

Wie gross ist das Speicherpotenzial für CO2?

Das weltweite Speicherpotenzial für CO2 ist ausserdem riesig: Schätzungen gehen davon aus, dass das verfügbare Speicherpotenzial dreimal so hoch ist wie die Anzahl der Emissionen, die seit der industriellen Revolution ausgestossen wurden (Quelle).  

Jetzt gilt: Skalierung und politische Rahmenbedingungen schaffen

Um die Vision von Climeworks zu erfüllen, 1 Milliarde Menschen dazu zu inspirieren, Kohlendioxid aus der Luft zu entfernen, sind neben der Skalierung der Technologie noch weitere Schritte notwendig. Beispielsweise müssen die politischen Rahmenbedingungen geschaffen werden, um den Einsatz von Direct Air Capture zu beschleunigen und Investitionen in diesem Bereich Sicherheiten zu geben.

Neben der Schweiz haben auch die USA, das Vereinigte Königreich und die EU das grosse Potenzial von Direct Air Capture für ihre individuellen Klima- und sozioökonomischen Ziele bereits erkannt. Dennoch bleibt einiges zu tun, um diese aufstrebende Industrie zu fördern, damit sie ihr vielversprechendes Potenzial rechtzeitig erreichen kann. 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, sondern: «Es müssen alle Register gezogen werden, bevor es zu spät ist.»

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

Unternehmen mit Glasfaserinfrastruktur von ewz können mittels Klimabeitrag ihre CO2-Bilanz verbessern:

ewz beteiligt sich am Engagement seiner Kundinnen und Kunden und steuert nochmals den gleichen Betrag aus dem ewz-Innovationsfonds bei. Somit kann die doppelte Menge an CO2 aus der Luft gefiltert werden. Kontakt und PDF herunterladen

Wer einen Teil seines eigenen CO2-Ausstosses absorbieren möchte, kann dies mittels monatlichen Auftrags an Climeworks tun.

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Kommentare

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Bisherige Kommentare (3)
Achermann Thomas sagt:

Gratuliere zu diesem Lösungsansatz, schade ist, dass man das CO2 zuerst an die Umluft abgibt, um mit grossem Aufwand CO2 wieder mühsam aus der Luft «entfernen» muss.
Die Weiterentwicklung wäre doch sicher, CO2 am Entstehungsort gleich zu filtern. Was hindert diese Technologie gleich am Kamin der Heizungen, wo fossile Brennstoffe verbrannt werden, abzusaugen ?

Z.B. statt Kamine in den Häusern nach oben zu bauen, eine «Leitung» nach unten und in ein Röhrensystem absaugen, ganze Häuserzeilen zusammenschliessen um CO2 effizient zu «entsorgen» oder weiterem Gebrauch zuzuführen.

Ursula Leiser sagt:

Habe ich mit sehr viel Interesse gelesen..Super intelligente Sache…Toller spannender Bericht..Top!!!

powernewz-Team sagt:

Vielen Dank für Ihre Meinung, Frau Leiser – wir freuen uns natürlich ganz besonders, wenn sich jemand auch für eine positive Rückmeldung Zeit nimmt. Herzliche Grüsse aus der powernewz-Redaktion