Erst rein, dann raus

Ein US-Forscher schlägt ein Gerät vor, das Kohlendioxid aus der Atmosphäre filtert

Von den gut 25 Gigatonnen Kohlendioxid, die weltweit jährlich emittiert werden, geht etwa die Hälfte auf richtig große Dreckschleudern zurück, die mindestens 100 Kilotonnen CO2 pro Jahr erzeugen. Hier ist es sinnvoll, an der Wurzel anzusetzen und das klimabeeinflussende Gas gar nicht erst in die Atmosphäre gelangen zu lassen. Doch was passiert mit dem großen Rest, der aus dem Motorrad-Auspuff kommt, aus dem Kamin im Wohnzimmer oder der Lunge des Menschen? Zum Teil lassen sich solche Emissionen sicher auch verhindern - durch Änderung der Brennstoffe etwa oder durch ein anderes Nutzungsverhalten.

Die Frage ist natürlich, bis zu welchem Grad der Ersatz Kohlendioxid produzierender Prozesse noch effizient ist - womöglich ist es ja sinnvoller, das CO2 nachträglich wieder aus der Luft zu entfernen. Man kann zum Beispiel versuchen, die Natur für seine Zwecke einzuspannen. So schlug kürzlich James Lovelock, Vater der Gaia-Theorie, vor, durch in die Meere eingelassene Rohre die Meeresalgen künstlich zum Wachstum (und damit zur Einlagerung von Kohlenstoff in ihrer Biomasse) anzuregen.

Eine Alternative wäre ein technisches Gerät, wie es jetzt der US-Wissenschaftler Frank Zeman von der Columbia University in New York im Fachmagazin „Environmental Science & Technology“ beschreibt. Die besondere Herausforderung besteht dabei darin, dass trotz aller unbestreitbaren Klimawirkung der Anteil des Treibhausgases an der Erdatmosphäre immer noch relativ niedrig ist. Von einer Million Molekülen in der Luft gehören nur rund 380 der Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff an.

Dieses ungewöhnliche Gerät soll Kohlendioxid aus der Atmosphäre abscheiden (Bild: Frank Zeman, Columbia University)

Die Idee selbst, das beschreibt auch Zeman in seinem Artikel, ist nicht neu: Schon in den Vierziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts befassten sich Forscher mit dem Problem. Später kam die Idee auf, synthetische Treibstoffe direkt aus der Luft abzuscheiden. Dazu benötigt man pro Mol CO2 zunächst mal mindestens 400 Kilojoule elektrische Energie, zu deren Herstellung abhängig von der Effizienz des Kraftwerks weitere 800-1200 Kilojoule investiert werden müssen.

Der Energiegehalt des so hergestellten Brennstoffs läge typischerweise bei 400-800 Kilojoule. Energetisch ist das Verfahren also nicht günstig. Ob es akzeptabel ist, hängt aber nicht nur davon ab: Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch, ob mehr Kohlendioxid eingelagert als ausgestoßen wird. Würde die benötigte Energie aus erneuerbaren Quellen gewonnen, ließe sich der Aufwand durchaus rechtfertigen.

Niedriger Energieverbrauch

Dabei lassen sich einige Faktoren durchaus noch positiv beeinflussen. Zunächst wäre da das Problem des Luftdurchflusses: Um 1 Mol CO2 einzulagern, müssen bei einer 50-prozentigen Einfang-Effektivität und dem heute üblichen CO2-Gehalt von 380 ppm genau 133 Kubikmeter Luft durch das von Zeman entworfene Gerät transportiert werden.

Der dazu nötige Energieaufwand ließe sich aber reduzieren, nutzte man natürliche Luftströmungen. Außerdem steigt die Effektivität mit wachsendem CO2-Gehalt - der uns bekanntermaßen bevorsteht, wenn die Klimaschutzmaßnahmen nicht greifen. In Zemans Entwurf wird das Kohlendioxid von Natronlauge (NaOH) eingefangen - es reagiert damit in einer exothermen Reaktion zu Natriumkarbonat.

Die Karbonationen werden wiederum leicht exotherm von Kalziumhydroxid zu Kalziumkarbonat umgewandelt, das schließlich aus der Lösung ausgefiltert wird. Unter Wärmezufuhr erzeugt man aus dem Karbonat Branntkalk (CaO) und reines Kohlendioxid, das dem Endlager zugeführt wird. Das Kalziumoxid löst man schließlich wieder exotherm in Wasser, um den Prozess zu komplettieren.

Bei der Energiebilanz des kompletten Reaktionszyklus muss man noch berücksichtigen, dass nie das Optimum zu erreichen ist. Insgesamt, berechnet Zeman, benötigt man zwischen 470 und 570 Kilojoule Primärenergie, um auf diese Weise 1 Mol Kohlendioxid einzulagern. Durch Verwendung natürlicher Luftströmungen ließe sich dieser Wert bis auf 350 Kilojoule/Mol senken.

Auch ohne diesen Trick ist das der bisher niedrigste technisch erreichte Energieverbrauch für die CO2-Einlagerung. Weil bei der Erzeugung der nötigen Energie auch Kohlendioxid entsteht, liegt die Netto-Einlagerung etwas niedriger: je nach Energiequelle zwischen 41 Prozent (Kohlekraftwerk, ohne natürliche Strömung) und 82 Prozent (Gaskraftwerk, 50 Prozent natürliche Strömung). (Matthias Gräbner)

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