02.11.2021 - Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Studie analysiert Klimaeffizienz von Technologien zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre

Ein Verfahren weist ähnliche CO2-Bilanz auf wie E-Mobilität

Technologien zur Entfernung von Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre (Direct Air Capture, kurz DAC) sind zwar bereits im Einsatz, ihr tatsächlicher Nutzen für den Klimaschutz allerdings noch kaum erforscht, ebenso wie weitere Umweltfolgen. Die Klimabilanzen dieser Technologien hat nun ein Forschungsteam um Kavya Madhu und Prof. Dr. Stefan Pauliuk von der Universität Freiburg (Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen) analysiert. Dafür ermittelten sie für zwei gängige DAC-Verfahren – eines bei hoher und eines bei niedriger Temperatur zur Abschöpfung des gebundenen CO2 –, wie hoch ihr Energieeinsatz, ihre CO2-Emissionen und weitere Verbrauchsfaktoren sind, um eine Tonne, eine Megatonne und eine Gigatonne CO2 aus der Atmosphäre zu extrahieren und in tiefe Bodenschichten zu verpressen. Diese Werte verglichen sie zudem mit zentralen etablierten Technologien und Maßnahmen zur CO2-Einsparung wie etwa E-Mobiliät und Wärmepumpen. „Das Niedrigtemperatur-Verfahren zur CO2-Extraktion erwies sich dabei als erstaunlich effizient“, sagt Kavya Madhu. „Für eine CO2-Tonne Extraktion etwa werden aktuell in der dafür notwendigen Energie- und Wärmebereitstellung 0,3 Tonnen CO2 ausgestoßen und sogar nur 0,15 Tonnen, wenn CO2-armer Strom verwendet wird.“ Die resultierende Netto-CO2-Extraktion von 0,7-0,85 Tonnen ist vergleichbar mit der CO2-Einsparung durch die Verwendung derselben Energiemenge für Elektroautos anstelle von Benzinern. Die Ergebnisse ihrer Studie sind im Fachjournal „Nature Energy“ veröffentlicht.

„Einige Faktoren für eine langfristige Einlagerung sind noch unbekannt“

Bei den Extraktionstechnologien wird zunächst Umgebungsluft mit einer Substanz in Kontakt gebracht, die das CO2 aus der Luft absorbiert. In einem zweiten Schritt wird durch Erhitzung das gebundene CO2 in hoher Konzentration wieder freigesetzt und anschließend verflüssigt. Energie-Aufwände und Emissionen entstehen insbesondere durch die notwendige Erzeugung von Ventilation, chemischen Reaktionen und Erwärmung sowie durch die Verpressung des entnommenen CO2 in tiefe Bodenschichten. Allerdings, so Stefan Pauliuk: „Einige Faktoren für eine langfristige CO2-Einlagerung sind noch unbekannt oder schwer ermittelbar – etwa die sich dynamisch entwickelnde CO2-Speicherfähigkeit von Gesteinen.“

Für ihre Studie hat das Team die Effizienz von CO2-Extraktionstechnologien über ihren Lebenszyklus hinweg ermittelt mit einer detaillierten Ökobilanz in der Software OpenLCA. Sie berechneten die Umweltauswirkungen der Bereitstellung von Materialien und Energie, die für den Bau der Anlagen und die Abscheidung und Verpressung von CO2 benötigt werden. Für den Vergleich mit anderen Technologien und Maßnahmen zur CO2-Einsparung verwendeten sie vorhandene Daten aus verschiedenen Literaturquellen, harmonisierten diese und führten eigene Prozessmodellierungen durch, um Vollständigkeit und Konsistenz zu gewährleisten.

„Da die CO2-Extraktion bereits jetzt eine vergleichsweise gute Effizienz aufweist, werden die DAC-Technologien wahrscheinlich langfristig für den Klimaschutz eine Rolle als Ergänzung spielen, nicht aber als Ersatz“, resümieren Madhu und Pauliuk. „Aufgrund der Unsicherheit der tatsächlichen Skalierbarkeit, der Risiken bei der CO2-Speicherung im Gestein und des frühen Entwicklungsstadiums der DAC-Technologien ist die Anwendung bereits etablierter und ähnlich klimaeffizienter Technologien wie Batteriefahrzeuge und Wärmepumpen weiterhin dringend geboten.“

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    Stefan M. Schiller, Jg. 1971, studierte Chemie mit Schwerpunkt Makromolekulare und Biochemie in Gießen, Mainz und an der University of Massachusetts. Er promovierte bis 2003 am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz über biomimetische Membransysteme, es folgten Forschungsaufentha ... mehr

    Julia M. Wagner

    Julia M. Wagner studierte Pharmazie in Freiburg (Approbation 2008). Seit 2008 ist sie Doktorandin und wissenschaftliche Mitarbeiterin im Arbeitskreis von Professor Dr. M. Jung. In ihrer Forschung beschäftigt sie sich mit der zellulären Wirkung von Histon-Desacetylase-Inhibitoren. mehr

    Prof. Dr. Manfred Jung

    Manfred Jung hat an der Universität Marburg Pharmazie studiert (Approbation 1990) und wurde dort in pharmazeutischer Chemie bei W. Hanefeld promoviert. Nach einem Postdoktorat an der Universität Ottawa, Kanada begann er 1994 am Institut für Pharmazeutische Chemie der Universität Münster mit ... mehr