Rohstoff Kohlendioxid

Der Wettlauf um die Herstellung klimafreundlicher Treibstoffe aus Luftkohlendioxid ist voll entbrannt, Experten sehen bereits alternative Ersatzstoffe für Elektromobilität, Diesel und Benzin. Zwei Beispiele: Methanol aus CO2 und synthetische Kraftstoffe.

In einer Anlage mit den Ausmaßen eines größeren Kühlschranks will die junge Rostocker Firma Gensoric GmbH mit ihrem patentierten Langzeit Energiespeichersystem willpower™ Kohlendioxid aus der Luft in den Treibstoff der Zukunft umwandeln. Das willpower-energy™-System ist nach eigener Aussage „weltweit einzigartig“. Konzipiert wurde es für den Einsatz im privaten, nicht-industriellen Umfeld wie Einfamilienhäuser, Bauernhöfe oder kleinere Gewerbeimmobilien. Aus dem CO2 der Umgebungsluft – sowie aus Wasser und Strom – wird mittels einer patentgeschützten Technologie Methanol hergestellt. Der private Nutzer kann vom Konsumenten zum Produzenten sauberer speicherbarer Energie und damit unabhängig von zentraler Versorgung mit fossilen Energieträgern werden.

Die Entwickler setzen auf wachsende Attraktivität, regenerativen Strom zu speichern und selbst zu nutzen, da die Einspeisevergütung abnehmen und sogar bei einigen Anlagen komplett auslaufen wird, auf immer höhere Anforderungen an die Effizienz der Energieversorgung von Wohnhäusern (z.B. Energieeinsparverordnung EnEV, und die Tatsache, dass Deutschland sein COP21-Klimaziel nur durch grundlegende harte Einschnitte erreichen kann, wie z.B. durch das Verbieten von Öl- und Gasheizungen.

Die Gensoric GmbH wurde 2009 nach mehr als 20 Jahren Forschung am Institut für Chemie der Universität Rostock ausgegründet – danach hat sie sich als Hochtechnologie Unternehmen in der Elektrochemie etabliert; willpower-energy™ ist bereit für den Einsatz im Massenmarkt (Markteintritt für 2020 geplant). Willpower kooperiert mit Skytree BV, Amsterdam, einer Ausgründung aus der European Space Agency (ESA), dem Fraunhofer Institut für Grenzflächen und Biophysik, AG BioCats Straubing(FhG-IGB) – Entwicklung und Optimierung von Bio-Katalysatoren, der nnoEnergy SE Barcelona, – Frühphaseninvestor für Neue Energie-Technologien und Innoveas Int. – Europäischer Frühphasen-Investor für Ausgründungen aus der Wissenschaft

Berechnungen des Fraunhofer ISE aus Freiburg haben gezeigt, dass 1 m³ Methanol genug thermische Energie speichert, um ein Passivhaus mit 150 m² Wohnfläche fünf Monate lang zu beheizen. Und wenn dann direkt vor Ort regelmäßig Methanol aus CO2, Wasser und Strom nachproduziert werden kann, ist vollständige Unabhängigkeit über das ganze Jahr möglich. 2019 soll eine erste Kleinserienfertigung in Deutschland, Österreich und der Schweiz starten und diese sukzessive hochfahren. Dann sollen mehrere willpower-energy™ Systeme zu einer Cloud gekoppelt werden. Für die spätere Zukunft soll der Anwendungsradius von Methanol erweitert werden und es beispielsweise auch als Kraftstoff nutzbar zu machen.

Die Europäische Union ko-finanziert bereits die Fertigentwicklung und den Aufbau der ersten willpower-energy™ Pilotanlage mit 1,7 Millionen Euro – Ergebnis eines hoch-kompetitiven Auswahlverfahrens. Seit Juli 2017 steht sie in einem Container im Schatten eines Wasserkraftwerks am Baldeneysee im Rahmen einer Aktion zur Grünen Hauptstadt Europas 2017. Das Stauwehr betreibt der Energieversorger Innogy, und die ehemalige RWE-Tochter hat Gensoric angeboten, dort ihre Technologie auszuprobieren. Noch drohen Risiken, wie Verzögerung der Akquise erforderlicher Finanzierungsmittel und Verteuerung von Fertigentwicklungsschritten, Auftauchen von Konkurrenz-Technologien, die von teils größeren und finanzstärkeren Akteuren präferiert werden – schließlich Überforderung der Management- und Organisationsstrukturen eines kleinen Unternehmens durch rasantes Wachstum.

Folgt: Carbon Capture (and Utilization) auf Eidgenössisch und Isländisch

Carbon Capture (and Utilization) auf Eidgenössisch und Isländisch

Air-Capture heißt die Anlage von Climeworks im schweizerischen Hinwil, die kommerziell Kohlendioxid aus der Luft gewinnt (Solarify berichtete). Eine Filtertechnik fängt rund 900 Tonnen CO2 pro Jahr aus der Atmosphäre ein. Die Variante des Geo-Engineering soll langfristig zum Kampf gegen den Klimawandel beitragen. Bald sollen der im Sommer 2017 eröffneten weitere, größere Anlagen ihrer Art folgen. Auf dem Dach der Müllverwertungsanlage des Zweckverbands Kehrichtverwertung Zürcher Oberland (KEZO) in Hinwil wurden die 18 Ventilatoren der weltweit ersten kommerziellen Direct-Air-Capture-Anlage installiert, die von Climeworks, einem ETH-Spin-off, in jahrelanger Forschungsarbeit realisiert wurde. Die Ventilatoren saugen Umgebungsluft an, der in den CO2-Kollektoren Kohlendioxid entzogen wird. Der große Nachteil: Weil die Konzentration des CO2 in der Luft so gering ist, müssen enorme Luftmenge gefiltert werden – und das kostet Energie. Zuerst werden die Climeworks-Geräte eingesetzt, um fast reines CO2 für den wirtschaftlichen Einsatz zu gewinnen, zum Beispiel zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe oder Sprudel.

Island bei Methanol vorne

Die nach eigenen Angaben weltgrößte Methanolfabrik (es ist die zweitgrößte, die größte steht in Baotou, China) steht allerdings schon seit 2011 in Island: „George Olah Renewable Methanol Plant“ in Svartsengi bei Grindavik von Carbon Recycling International (CRI)Der Name der Anlage ehrt George Olah, Nobelpreisträger für Chemie und Mitverfasser des Buches „Jenseits von Öl und Gas: Die Methanol-Wirtschaft“. 2015 erweiterte CRI das Werk von 1.300 Tonnen Kapazität pro Jahr auf mehr als 5.000 t. Die Anlage recycelt jährlich 5.500 t CO2, das ansonsten in die Atmosphäre ausgestoßen würde. Die eingesetzte Energie stammt aus dem isländischen Netz, aus Wasserkraft und Geothermie. Die Anlage nutzt Elektrizität, um Wasserstoff herzustellen, der in katalytischer Reaktion mit CO2 in Methanol umgewandelt wird. Das CO2 wird aus dem Rauchgas (Geothermiedampfemissionen) des benachbarten Geothermie-Kraftwerks Svartsengi gewonnen. Der Herstellungsprozess erzeugt keine toxischen Nebenprodukte, da die einzige freigesetzte Chemikalie Sauerstoff ist, der bei der Wasser-Elektrolyse erzeugt wird. Erneuerbares Methanol aus der Anlage wird dann an den Markt verkauft, wo es mit Benzin vermischt und zur Herstellung von Biodiesel in Island und im Ausland verwendet wird.

Gemäß einer unabhängigen Prüfung durch die Hamburger SGS setzt die Verwendung von nachwachsendem Methanol aus der Anlage 90% weniger CO2 frei als die Verwendung einer vergleichbaren Menge an Energie aus fossilen Brennstoffen. Die geringe Menge an Emissionen, die durch die Produktion und Nutzung von nachwachsendem Methanol verursacht wird, steht im Zusammenhang mit dem CO2-Ausstoß von Geothermiekraftwerken, die etwa 30% der Energie im isländischen Stromnetz liefern.

Die Schweizer Climeworks hat sich inzwischen mit dem Energieversorger Reykjavik Energy zusammengetan, um erstmals die DAC-Technologie mit geologischer Speicherung zu kombinieren. Als Teil des Forschungsprojekts CarbFIx2 wird das Schweizer Cleantech-Unternehmen seine Technologie zur CO2-Beseitigung einsetzen. Gemanagt wird das im Rahmen von Horizon 2020 durch die EU geförderte Vorhaben am Geothermiekraftwerk Hellisheidi in Svartsengi. Das DAC-Modul von Climeworks ist auf dem Gelände des Kraftwerks installiert worden und ermöglicht es nun, CO2 direkt aus der Umgebungsluft sicher zu speichern.

Das kanadische Unternehmen Carbon Engineering war möglicherweise mit etwas Ähnlichem früher dran. Die Capture-Technologie von Carbon Engineering bringt atmosphärische, CO2 enthaltende Luft in Kontakt mit einer chemischen Lösung, die auf natürliche Weise CO2 absorbiert, in einem Gerät namens Contactor. carbon-engineering-logoDiese Lösung, die nun das eingefangene CO2 enthält, wird einem Regenerationszyklus zugeführt, der gleichzeitig das CO2 extrahiert, während die ursprüngliche chemische Lösung regeneriert wird, um sie wieder in dem Contactor zu verwenden. Das extrahierte CO2 wird mit dem gesamten CO2 aus dem Energieverbrauch des Systems kombiniert, und beide werden als Qualitäts-Produkt per Hochdruck-Pipeline geliefert.

Viele Entwickler – junge Ingenieure in Start-ups, aber auch alteingesessene Unternehmen – träumen von einem zweiten, klimafreundlichen Leben des Treibhausgases. Chemiefirmen wie Covestro (siehe: solarify.eu/schaumstoff-aus-co2) wollen daraus Kunststoffe und Schäume herstellen oder es als Basis für Kosmetikprodukte verwenden.

Folgt: Designer Fuels – synthetische Kraftstoffe

Designer Fuels – synthetische Kraftstoffe

Am besten wäre es aber, Erdöl und Erdgas durch CO2-basierte Treibstoffe zu ersetzen. Knapp 70 Millionen Tonnen Benzin und Diesel werden jährlich allein in Deutschland verfahren. Robert Schlögl, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mühlheim an der Ruhr, will „die Mobilität dazu nutzen, das unvermeidliche CO2 weiterzuverwenden“. Die stark verunsicherte deutsche Autoindustrie springt zögerlich darauf an (einzig Audi entwickelt einen synthetischen Kraftstoff, s. Foto unten), dabei könnte sie mit dieser Technologie zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Zum einen CO2 aus der Luft entfernen und dadurch den Klimawandel bremsen helfen – und zum anderen den Verbrennungsmotor weiter erhalten.

Schlögl: „Während an den Motoren nahezu alles technisch Mögliche optimiert wurde, gelten für Benzin und Diesel noch die Normen von vor 100 Jahren. Inzwischen gibt es jedoch auch synthetische Kraftstoffe und Kraftstoffkomponenten. Die meistversprechenden darunter sind für den Dieselmotor Oxymethylenether. Diese Verbindungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff sind effizient und nahezu emissionsfrei. Ihr hoher Sauerstoffgehalt unterbindet die Schadstoffbildung bereits während der Verbrennung.“ Sie sind auch deshalb klimaneutral, weil zu ihrer Herstellung CO2 verwendet und durch ihren Einsatz gleich viel fossile Energie eingespart wird. Entsprechende Forschungsprojekte – Kopernikus P2X und Carbon2Chem – sollen unterschiedliche Möglichkeiten testen, wie man „E-Fuels“ aus CO2, Wasser und Erneuerbarem Strom herstellen kann oder wie sie aus Hüttengasen gewonnen werden können.

Der Automobilzulieferer Bosch etwa wirbt für eine sofortige Verbesserung der Klimabilanz des Straßenverkehrs, wenn dem herkömmlichen Diesel synthetische Treibstoffe beigemischt würden. Schlögl hat eine Initiative mit dem programmatischen Titel „Nachhaltige Mobilität durch synthetische Kraftstoffe“ gegründet, um den Prozess zu beschleunigen – mit dabei: Unternehmen der Auto-, Zuliefer- und chemischen Industrie. Er will Autos bauen (lassen), die einen Elektromotor und einen mit synthetischem Benzin betriebenen Verbrenner verbinden. Der Elektromotor bezieht seine Energie dann aus dem Betrieb des Verbrennungsmotors. Schlögl hofft laut FAZ auf eine Finanzierung durch die Regierung. „Die Methoden sind bekannt, die Technik kauft man von der Stange, die Patente liegen vor – wir müssen es nur bauen.“ Eine erste Fabrik soll in Frankfurt stehen. Abnehmer für seinen Designer-Kraftstoff hat Schlögl auch schon. Kommunen aus dem Ruhrgebiet und der kommunale Fuhrpark München hätten Interesse gezeigt (siehe solarify.eu/co2-neutrale-verbrenner). Viel Zeit brauche man auch für das Hochfahren so einer Produktion auf nationale Maßstäbe nicht, ist sich der Chemieprofessor sicher: „In zwei, drei Jahren könnten wir die nationale Abdeckung haben.“ Bezahlbar, sagt er, sei das alles auch: „Es ist nicht so, dass der Liter von dem Zeug 5 Euro kostet.“

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