Wie diese bahnbrechende CO2-Abscheidungsanlage zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen könnte

Die Lösung eines globalen Problems wie des Klimawandels könnte radikale Lösungen erfordern.

laut IPPC Six Assessment Report AR6 wird erwartet, dass die globalen Temperaturen bis 2030 um durchschnittlich 2,7 bis 3,6 ºF 1,5 ºC bis 2 ºC ansteigen werden. Dies wird weitreichende Folgen haben, wie z.und Waldbrände. Die einzige Frage ist, wie schwerwiegend diese Veränderungen sein werden, was ganz davon abhängt, wie weit die Menschheit ihre Treibhausgasemissionen eindämmt.

Wenn wir bis 2030 Netto-Null-CO2-Emissionen erreichen können, können die ökologischen Auswirkungen durch Minderung und Anpassung abgeschwächt werden. Wenn die Emissionen gleich bleiben, werden die Folgen erheblich schlimmer sein und könnten das Leben in bestimmten Teilen der Welt unhaltbar machen. DieDas Beunruhigendste ist, dass dies nicht einmal das Worst-Case-Szenario ist. Zum Glück für alle gibt es ein Best-Case-Szenario, das nicht so viel Schmerz und Leid mit sich bringt.

Es ist bekannt als Climate Restoration CR, eine Strategie, die von verfolgt wirdClimeworks AG, ein Schweizer Unternehmen spezialisiert auf Direkte Lufterfassung DAC-Technologie bei der ein industrieller, selektiver Filtrationsprozess CO2 aus der Atmosphäre absorbiert. Wie wir in a untersucht habenvorheriger Artikel, Klimawiederherstellung besteht aus Strategien zur Entfernung von überschüssigem Kohlenstoff aus unserer Atmosphäre, die Anpassungs- und Minderungsstrategien ergänzen.

Das Unternehmen wurde 2009 gegründet von Dr. Jan Wurzbacher und Dr. Christoph Gebald, zwei Maschinenbauingenieure, die sich während ihres Studiums an der ETH Zürich kennengelernt haben. Die beiden haben die DAC-Technologie entwickelt, auf die ihr Unternehmen im Rahmen ihres Doktoratsstudiums und im Rahmen des Professur Erneuerbare Energieträger - ein Forschungsprogramm der ETH Zürich zur Förderung erneuerbarer Energietechnologien.

Das Unternehmen ist am besten bekannt für seine Schwertwal Anlage, die weltweit erste groß angelegte Luftabscheidungs- und Speicheranlage außerhalb von Reykjavík, Island. Diese Anlage wurde 2021 in Betrieb genommen und besteht aus acht Luftkollektoren mit einer Nennkapazität von 4.000 Tonnen CO₂ pro Jahr. Ihr langfristiges Ziel ist es jedoch, mehr Anlagen zu vergrößern und zu bauen, damit sie bis 2030 mehr als eine Million Tonnen einfangen können.

Das Unternehmen hat kürzlich angehoben 600 Millionen Schweizer Franken CHF, entspricht rund 650 Millionen US-Dollar, in seiner jüngsten Kapitalrunde. Mit dieser und zukünftigen Investitionen plant Climeworks, weltweit zu expandieren und weitere Einrichtungen zu schaffen. Climeworks' Leiter der Technologie, Dr. Nathalie Casas, erklärte Interessante Technik | wissenschaft-x.com via Zoom, wie sich das in einen generationenübergreifenden Veränderungsplan einfügt:

"Die Orca-Anlage ist für 4.000 [Tonnen] ausgelegt, aber die nächste Anlage, die wir für 2023 planen, wird etwa zehnmal größer sein. Wir haben die Generation N, die jetzt Orca ist, und dann haben wir die nächste Generation N+1, an der mein Team arbeitet. Der Plan ist, bis 2027 eine Abscheidungskapazität von einer halben Million Tonnen pro Jahr zu haben. Um dorthin zu gelangen, werden wir mehrere kleinere Anlagen haben, aber auch die Entwicklung einer großen nächsten GenerationWir müssen sie effizienter machen, wir müssen den Energieverbrauch senken und wir müssen sie billiger machen."

Eine globale Vision

Um sicherzustellen, dass sich die schlimmsten Klimaszenarien nicht entfalten, muss sich die Menschheit laut AR6 zu einem „Kohlenstoffbudget“ verpflichten. Kurz gesagt, wir müssen uns auf die Produktion beschränken 420 Gigatonnen 381 Milliarden Tonnen CO2 oder weniger bis 2030. Dies ist etwa das Zwölffache der derzeitigen Rate von 34,81 Gigatonnen 31,58 Milliarden Tonnen pro Jahr und entspricht einer jährlichen Reduzierung von etwa 20 %.

Wenn wir innerhalb dieses Budgets bleiben, gibt der AR6 an, dass wir eine Zweidrittelchance haben werden, die Erwärmung in dieser Zeit auf 1,5 °C zu begrenzen. Kurz gesagt, es gibt keine Garantie dafür, dass unsere besten Bemühungen das Schlimmste verhindern werden.Darüber hinaus bestätigen diese Ergebnisse, dass die ökologischen Auswirkungen, die wir heute sehen – steigender Meeresspiegel, schwindende Gletscher, schrumpfende Eiskappen, zunehmende Waldbrände, Dürre, Stürme, extremes Wetter usw. – sich verschlimmern werden, bevor sie besser werden.

Um die Sache noch schlimmer zu machen, selbst in dem optimistischsten Minderungsszenario, das im AR6 SSP1-1.9, werden wir einige der bedeutenderen Auswirkungen wahrscheinlich nicht verhindern können.In den meisten Modellen, die in dieses Szenario fallen, wo globales CO₂ Die Emissionen werden um 2050 auf netto null gesenkt, die Welt wird Mitte des 21.

Diese Prognose basiert jedoch auf der groß angelegten Einführung und Bereitstellung von negative Emissionstechnologien wie Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung BECCS.0Die Kohlenstoffspeicherung ist dabei ein besonders wichtiger Bestandteil, da sie sicherstellt, dass gebundene Emissionen nicht wieder in die Atmosphäre gelangen. Laut Forschung durchgeführt im Jahr 2016, die globale Kapazität für CO₂ Die Lagerung liegt irgendwo zwischen 5 und 30 Billionen Tonnen.

Laut IPCC-Daten müssen bis Mitte des Jahrhunderts jedes Jahr 10 Milliarden Tonnen ~9 Tonnen Kohlendioxid aus der Luft entfernt werden, um sicherzustellen, dass zukünftige Erwärmungstrends 1,5 °C nicht überschreiten. Um dies zu erreichen,DAC-Operationen und andere BECCS-Technologien sind erforderlich, wie Dr. Casas erklärte:

"Wir müssen CO2 aus der Luft entfernen, wenn wir das 1,5-Celsius-Ziel einhalten wollen, also führt kein Weg daran vorbei. Es gibt immer noch die Minderungs- und Anpassungsbemühungen, aber wenn man sich die IPCC-Berichte ansiehtVor zwei Jahren war der prognostizierte Bedarf an CO2-Entfernung viel, viel geringer, und jetzt wird es immer wichtiger, was sich auch in den Geldern widerspiegelt, die in Unternehmen im Bereich der CO2-Entfernung und insbesondere in die DAC-Industrie investiert werden.Das DAC-Geschäft bekommt immer mehr Aufmerksamkeit, und immer mehr Geld fließt in die [Technologie].

"Dies spiegelt wissenschaftliche Erkenntnisse wider. Unsere Lösung ist eine von vielen Lösungen für die Zukunft. Wir können das Problem nicht alleine lösen. Wir brauchen neben der Emissionsminderung auch eine Emissionsminderung, auch wenn die Entfernung teurer als die Reduktion sein wird. Die Lösung für diefuture ist ein Portfolio aus vielen verschiedenen Lösungen."

*Basierend auf Daten von 2020 Quelle

Wie funktioniert es?

Der von Climeworks und seinen Mitbegründern entwickelte DAC-Prozess ist recht einfach. Er besteht aus modularem CO₂ Kollektoren, die gestapelt werden können, um Maschinen jeder Größe zu bauen, die Kohlenstoffemissionen über einen zweistufigen Prozess selektiv auffangen. Zuerst wird die Luft durch ein System von Hochleistungslüftern in den Kollektor gesaugt, wo sie von hochgradigselektive chemische Filter.

Zweitens, sobald der Filter mit Kohlendioxid gefüllt ist, wird der Kollektor geschlossen und die Temperatur im Inneren auf 80 bis 100 °C 176 bis 212 °F erhöht. Dadurch wird das Kohlendioxid freigesetzt, das abgezogen wirdproduzieren hochkonzentriertes CO₂ die dann zur Herstellung von Biokraftstoffen oder kohlenstoffneutralen Materialien wie Kalkstein oder Kohlenstoffverbundwerkstoffen für die kommerzielle Nutzung verwendet werden können.

Climeworks konzentriert sich darauf, das CO dauerhaft zu entfernen₂In Island wird der Kohlenstoff mit Wasser vermischt und in den Untergrund gepumpt, wo er mit Basalten reagiert und innerhalb weniger Jahre zu Karbonatgestein wird. Die Apparatur, die dazu in der Orca-Anlage verwendet wird, wurde dank der Zusammenarbeit von Climeworks mit dem isländischen Unternehmen entwickelt.Carbfix, eines der weltweit führenden Unternehmen für die schnelle unterirdische Mineralisierung von Kohlendioxid.

Das Verfahren ist skalierbar und an verschiedene Standorte anpassbar, dank der verschiedenen Sorbentien Filtermaterialien, die von Climeworks in ihren Kollektoren verwendet werden. Casas sagte:

"Wir haben ein Portfolio an Sorbentien. Der Grund dafür ist, dass sich verschiedene Sorbentien unter verschiedenen Bedingungen unterschiedlich verhalten. Einige funktionieren am besten, wenn es feucht ist und sagen wir, Temperaturen sind höherTemperaturen. Andere mögen es kalt und trocken, andere kalt und nass. Das haben wir in den letzten zehn oder zwölf Jahren gelernt. Wir haben gelernt, welches Sorptionsmittel wo funktioniert."

"Mit der Luft schwankt sie ziemlich stark in Bezug auf Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Das Sorptionsmittel degeneriert nach einer gewissen Zeit, und wir müssen es ungefähr alle drei Jahre ersetzen. Wenn Sie sich also Island ansehen, haben Sie eseine durchschnittliche Temperatur und Luftfeuchtigkeit, die sich stark von den Bedingungen in Kalifornien unterscheidet. Wir gestalten unsere Abläufe auf der Grundlage der durchschnittlichen Luftfeuchtigkeit und der durchschnittlichen Temperatur."

Der gesamte Prozess wird mit erneuerbarer Energie betrieben, was zu weniger als 10 % grauen Emissionen führt Emissionen aus Bau, Transport oder Lagerung von Materialien. Dies bedeutet effektiv, dass auf 100 Tonnen Kohlendioxid mindestens 90 Tonnen gebunden werdendauerhaft aus der Atmosphäre entfernt. Im Fall des Orca-Kraftwerks wird der Betrieb durch geothermische Energie betrieben, bei der die vulkanische Aktivität Islands zum Antrieb von Turbinen verwendet wird, die Strom erzeugen.

Wie Casas erklärte, ist es diese Kombination aus sauberer Energie und Speicherkapazität, die für eingefangenes CO sorgt₂ wird dauerhaft von der Atmosphäre getrennt:

"Es gibt zwei Dinge, die Sie brauchen, wenn Sie CO entfernen möchten₂ aus der Luft. Wir brauchen einen bestimmten Input, nämlich die Luft die überall reichlich vorhanden ist und Energie, um unsere Anlagen zu betreiben. Als Output haben wir CO2. Idealerweise steht unsere Anlage also irgendwo, wo wir erneuerbare Energie haben undeinen Speicherstandort. Wenn ein Ort jedoch nicht über beides verfügt, kann sowohl erneuerbarer Strom als auch CO2 zum und vom Standort transportiert werden."

Im Vergleich zu anderen Methoden zur Kohlenstoffentfernung wie Aufforstung und Wiederaufforstung erfordert DAC den geringsten Land- und Wasserverbrauch. Daher eignet es sich gut als „technologischer Ansatz“, der „natürliche Ansätze“ ergänzen und neben ihnen funktionieren kann." Beides muss genutzt werden, um sicherzustellen, dass die Katastrophe des Klimawandels abgewendet wird.

Aufbau einer neuen Wirtschaft

Obwohl Island ideale Bedingungen für die direkte Luftabscheidung und -speicherung bietet, kann das Verfahren an jeden Ort auf der Erde angepasst werden, an dem erneuerbare Energien und geologische Speicheroptionen verfügbar sind. Kurz gesagt, Anlagen könnten mit Sonne, Wind oder Biomasse betrieben werdenEnergie überall dort, wo diese Quellen im Überfluss vorhanden sind. Die Technologie ist außerdem skalierbar und ermöglicht Betriebe unterschiedlicher Größe.

Wie Casas erklärte, wird die jüngste Finanzierungsrunde die Ausweitung ihrer Aktivitäten in Island und darüber hinaus ermöglichen. Dies ist entscheidend, wenn die Technologie zur Kohlenstoffentfernung einen signifikanten Einfluss auf den Klimawandel haben soll:

"Die Finanzierung spiegelt auch die Notwendigkeit wider, diese Technologie zu erweitern. Glücklicherweise ist unser System sehr modular aufgebaut, und das Schöne daran ist, dass Sie die Technologie in kleinem Maßstab weniger riskieren und gleichzeitig vergrößern können. Wir können einen Orca bauen,Das ist heute die größte DAC-Anlage, die den abgeschiedenen Kohlenstoff an die Kunden liefert. Wenn Sie sich jedoch die Herausforderung ansehen, vor der wir stehen, ist es eine sehr kleine Anlage. Wir müssen schnell skalieren und mehr und größere Anlagen bauen."

Um sicherzustellen, dass die Worst-Case-Szenarien nicht eintreten, betont der IPCC AR6-Bericht, dass sich die Menschheit verpflichten muss, 310 Gigatonnen CO zu entfernen.₂ aus der Atmosphäre bis zum Jahr 2100. Um dieses titanische Ziel zu erreichen, müssen DAC und ähnliche Technologien in großem und globalem Umfang eingesetzt werden. Hierin liegt ein weiteres Ziel von Climeworks, nämlich die Technologie effizienter und kostengünstiger zu machen.

„Wenn Sie an eine Skalierung denken, besteht ein Teil davon darin, die Technologie effizienter zu machen, wobei wir weniger Energie verbrauchen, einen geringeren Platzbedarf schaffen und sie billiger machen“, sagte Casas. „Der andere Teil ist die gesamte VersorgungWir können es nicht alleine schaffen. Wir brauchen Partner, die mit uns zusammenarbeiten, während wir eine ganze Industrie aufbauen. Und wir müssen es schnell tun, um für das Klima relevant zu sein."

Fahrplan in eine saubere Zukunft

Die ultimative Vision von Climeworks, bis 2030 genug CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen, um eine ökologische Katastrophe abzuwenden, steht im Einklang mit den Zielen des UN-Umweltprogramms UNEP und des IPCC das von UNEP beaufsichtigt wird.Globale Ziele, eine Reihe von 17 Zielen zur Beendigung extremer Armut, Ungleichheit und des Klimawandels bis 2030.

Dazu gehören Ziel 7, Gewährleistung des Zugangs zu erschwinglicher, zuverlässiger, nachhaltiger und moderner Energie für alle; Ziel 9, Aufbau einer belastbaren Infrastruktur, Förderung einer integrativen und nachhaltigen Industrialisierung und Förderung von Innovation; und Ziel 13, ergreift dringend Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels und seiner Auswirkungen. Kurz gesagt, das Unternehmen blickt über die Entwicklung der DAC-Technologie hinaus, um eine völlig neue Energieinfrastruktur zu schaffen.

Und natürlich gibt es auch den kooperativen Aspekt dieser Arbeit, bei dem sich mehrere Gruppen – einschließlich derjenigen aus Regierung und Industrie – dazu verpflichten, zusammenzuarbeiten, um den Übergang zu sauberer Energie zu fördern. Wenn es darauf ankommt, gibt es daskeine andere Möglichkeit, den Klimawandel und seine Auswirkungen anzugehen, bevor es zu spät ist. In der Zwischenzeit müssen bestehende Betriebe skaliert und schnell erweitert werden.

Aber natürlich ist diese Strategie nur eine von mehreren zur Bekämpfung des Klimawandels. Wie bereits erwähnt, sind die Bemühungen zur Wiederherstellung des Klimas so konzipiert, dass sie parallel zu Minderungs- und Anpassungsstrategien umgesetzt werdenals CO2-Abscheidung und -Sequestrierung/Speicherung CCS. Es ist keineswegs ein Ersatz für nachhaltige Entwicklung und große und dauerhafte Veränderungen unserer Lebensweise.

Mit dieser jüngsten Investitionsrunde ist Climeworks auf dem richtigen Weg, sein Ziel zu erreichen, bis 2030 1 Million Tonnen Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen. Aber wenn der Betrieb ausgeweitet wird und die Preise entsprechend sinken, wird die Technologie wahrscheinlich eine weite Verbreitung finden.Und wie Casas uns erinnert, geht dieses Ziel weit über eine einzelne Entität hinaus.

„Ich hoffe, dass es 2030 mehrere große Anlagen geben wird“, sagte sie. „Und ich hoffe, dass es mehrere große Anlagen geben wird nicht nur Climeworks und nicht nur Direct Air Capture, weil ich das denkeDie Herausforderung ist riesig. Wir müssen schnell skalieren, und wir können das Problem nicht mit einem Unternehmen lösen, also müssen andere folgen."