Vom Treibhausgas zum Hightech-Rohstoff
Forschungsprojekt zur Umwandlung von CO2 in festen Kohlenstoff
Das Treibhausgas CO2 steht in der öffentlichen Diskussion stellvertretend für den Klimawandel. Und tatsächlich lag sein Beitrag zum Treibhauseffekt im Jahr 2018 im Vergleich zu dem anderer langlebiger Treibhausgase bei 66 Prozent (Quelle: National Centers for Environmental Information). Am Karlsruher Institut für Technologie KIT entwickeln Forscher im Rahmen des Projekts NECOC (Negative Carbon Dioxide to Carbonist) nun eine weltweit einzigartige Versuchsanlage zur aktiven Reduktion des atmosphärischen Kohlendioxids. Diese soll aus dem in der Umgebungsluft enthaltenen CO2 das hochreine Kohlenstoffpulver „Carbon Black“ produzieren, das industriell als Rohstoff genutzt werden kann.
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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 zu erreichen, bedarf es vieler einzelner Maßnahmen und globaler Anstrengungen zur Reduktion der Treibhausgasemissionen. Ein Teil der Lösung ist die Idee, das bereits emittierte CO2 aus der Atmosphäre wieder abzutrennen und in wiederverwertbare Stoffe umzuwandeln, wie etwa in Carbon Black, das unter anderem in der Elektronik-, Druck- oder Bauindustrie eingesetzt werden kann. Aus einem schädlichen Treibhausgas wird so ein Rohstoff für Hightech-Anwendungen.
Funktionsprinzip
Das soll folgendermaßen funktionieren: Mithilfe eines Adsorbers wird CO2 zunächst aus der Umgebungsluft gefiltert (Direct-Air-Capture-Verfahren, kurz 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 das Methan wiederum in seine Bestandteile zerfällt; also Wasserstoff, der direkt in die Methanisierung zurückgeführt wird, sowie fester Kohlenstoff in Form von mikrogranularem Pulver, dem Carbon Black.
Wertvoller Rohstoff als Endprodukt
Der entscheidende Vorteil gegenüber den bisher vorgeschlagenen Konzepten zur Reduzierung von atmosphärischem CO2 – etwa Carbon-Capture-and-Storage-Methoden (CCS), bei denen das Gas in tiefen Gesteinsschichten gespeichert wird – liege dabei vor allem im Endprodukt, so NECOC-Projektkoordinator Dr. Benjamin Dietrich. Fester Kohlenstoff sei viel weniger komplex in der Handhabung als gasförmiger und eben sogar als Rohstoff nützlich. Bislang wurde Carbon Black im Übrigen hauptsächlich aus fossilem Erdöl hergestellt. Insofern sei das Verfahren in mehrfacher Hinsicht ein technologischer Ansatz für eine nachhaltige Zukunft: Es kombiniere den direkten Beitrag zur Lösung des Klimaproblems mit einem Baustein einer postfossilen Rohstoffversorgung.
Vom Labor zum Prototypen
Auf dem Gelände des KIT wird derzeit eine Versuchsanlage errichtet, bei der die einzelnen Bausteine, die bereits bis zum Labormaßstab entwickelt und untersucht wurden, in einer Anlage integriert werden. Ziel ist es, den Betrieb über einen längeren Zeitraum zu demonstrieren. In zukünftigen Ausbaustufen wird dann sowohl die Leistungsfähigkeit gesteigert als auch der parallele Betrieb vieler Anlagen möglich. An dem Forschungsprojekt NECOC beteiligen sich das Karlsruher Flüssigmetalllabor (KALLA) als Einrichtung des Instituts für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES) sowie das Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT). Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Projekt über drei Jahre mit insgesamt 1,5 Millionen Euro. Möglich wird der Aufbau der Versuchsanlage zudem durch die Kooperation mit zwei Industriepartnern, die jeweils für spezifische Module innerhalb der Containeranlage verantwortlich sind, den Firmen Climeworks Deutschland und Ineratec.
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