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Vom Treibhausgas zum Hightech-Rohstoff

Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht eine Versuchsanlage zur aktiven Kohlendioxid-Reduktion. Die Anlage im Containermaßstab produziert aus dem in der Umgebungsluft enthaltenen CO2 das hochreine Kohlenstoffpulver „Carbon Black“, welches industriell als Rohstoff genutzt werden soll.

CO2-Umwandlung: Fester Kohlenstoff ist weniger komplex in der Handhabung als CO2 und sogar als Rohstoff nützlich.
CO2-Umwandlung: Fester Kohlenstoff ist weniger komplex in der Handhabung als CO2 und sogar als Rohstoff nützlich.
(Bild: Clipdealer)

Mit dem Pariser Klimaabkommen von 2015 hat sich die Weltgemeinschaft verpflichtet, die globale Erderwärmung bis zum Ende des Jahrhunderts auf unter zwei Grad Celsius zu begrenzen. Um dieses Ziel noch zu erreichen, sind neben den globalen Anstrengungen zur Reduktion der Treibhausgasemissionen auch Lösungen erforderlich, um bereits emittiertes CO2 wieder aus der Atmosphäre zu entfernen.

„Der in unserem Projekt verfolgte Ansatz ist es, CO2 aus der Atmosphäre abzutrennen und in Carbon Black umzuwandeln, einen pulverförmigen, hochreinen Kohlenstoff“, sagt Professor Thomas Wetzel, Leiter des Karlsruher Flüssigmetalllabors KALLA) des KIT. „Aus einem schädlichen Treibhausgas wird so ein Rohstoff für Hightech-Anwendungen. Carbon Black kann etwa in der Elektronik-, Druck-, oder Bauindustrie eingesetzt werden.“

Versuchsanlage kombiniert mehrere Prozessschritte

Im Projekt NECOC (NEgative CarbOn dioxide to Carbon) soll nun eine entsprechende Versuchsanlage entstehen, in der die folgenden Prozessschritte miteinander kombiniert werden: mithilfe eines Adsorbers wird CO2 dabei zunächst aus der Umgebungsluft gefiltert (Direct-Air-Capture-Verfahren, DAC). Anschließend wird es zusammen mit erneuerbarem Wasserstoff in einem mikrostrukturierten Reaktor in Methan und Wasser umgewandelt. Das erzeugte Methan dient als Kohlenstoffträger für den weiteren Prozess und wird in einen mit flüssigem Zinn befüllten Blasenreaktor geleitet. In den aufsteigenden Methanblasen kommt es zur Pyrolysereaktion, bei der Methan in seine Bestandteile zerfällt. Dies sind zum einen Wasserstoff, der direkt in die Methanisierung zurückgeführt wird, sowie fester Kohlenstoff in Form von mikrogranularem Pulver, dem Carbon Black.

Der entscheidende Vorteil gegenüber den bisher vorgeschlagenen Konzepten zur Reduzierung von atmosphärischem CO2 – etwa Carbon-Capture-and-Storage-Methoden (CCS), bei denen die Speicherung von CO2 in tiefen Gesteinsschichten vorgesehen ist – liege dabei vor allem in diesem Endprodukt: „Bislang wurde Carbon Black hauptsächlich aus fossilem Erdöl hergestellt. Insofern ist das Verfahren in mehrfacher Hinsicht ein technologischer Ansatz für eine nachhaltige Zukunft: Es kombiniert den direkten Beitrag zur Lösung des Klimaproblems mit einem Baustein einer postfossilen Rohstoffversorgung“, so NECOC-Projektkoordinator Dr. Benjamin Dietrich (TVT).

Die Versuchsanlage wird auf dem Gelände des KIT errichtet. Ziel ist es, den Betrieb über einen längeren Zeitraum zu demonstrieren. In zukünftigen Ausbaustufen wird dann sowohl die Leistungsfähigkeit pro Container gesteigert als auch der parallele Betrieb vieler Anlagen möglich. Möglich wird der Aufbau der neuartigen Versuchsanlage durch die enge Kooperation mit zwei Industriepartnern, die jeweils für spezifische Module innerhalb der Containeranlage verantwortlich sind. Die Climeworks Deutschland GmbH konzentriert sich dabei auf das DAC-Verfahren: „Unser Know-how betrifft die CO2-Filterung aus der Umgebungsluft. Aber damit ist natürlich immer auch die Frage verknüpft, was nach der Filterung mit dem CO2 geschieht“, sagt Dr. Dirk Nuber, Leiter der Climeworks Deutschland GmbH. Die Firma Ineratec GmbH wiederum hat sich auf innovative, mikrostrukturierte Reaktoren spezialisiert, in denen sonst regenerativ erzeugte Synthesegase in klimaneutrale Flüssigtreibstoffe oder chemische Produkte gewandelt werden.

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