Wie Direct Air Capture funktioniert – und warum es so schwierig ist

CO₂ aus der Luft filtern

Die Atmosphäre enthält etwa 420 ppm Kohlendioxid – ein winziger Bruchteil der Luft, die wir atmen, aber genug, um den Planeten zu erwärmen. Direct Air Capture (DAC) ist eine Technologie, die entwickelt wurde, um diesen Aufbau umzukehren, indem CO₂ direkt aus der Umgebungsluft extrahiert, konzentriert und entweder dauerhaft unterirdisch gespeichert oder in nützliche Produkte umgewandelt wird. Im Gegensatz zur Abscheidung von Emissionen an einem Schornstein kann DAC überall betrieben werden und Kohlenstoff entfernen, der bereits freigesetzt wurde. Dies macht es zu einem der wenigen Werkzeuge, die die atmosphärischen CO₂-Werte tatsächlich senken könnten, anstatt nur ihren Anstieg zu verlangsamen.

Zwei Ansätze, ein Ziel

DAC-Systeme basieren auf zwei Hauptmethoden: Feststoffsorbentien und Flüssiglösungsmittel. In Feststoffsorbensystemen saugen große Ventilatoren Umgebungsluft durch modulare Kollektoren, die mit einem hochporösen Filtermaterial gefüllt sind. Das Sorptionsmittel bindet CO₂-Moleküle chemisch, während Stickstoff, Sauerstoff und andere Gase hindurchtreten können. Sobald der Kollektor gesättigt ist, wird er versiegelt und erhitzt – typischerweise auf etwa 100 °C –, wodurch ein konzentrierter CO₂-Strom zur Sammlung und Speicherung freigesetzt wird. Das Sorptionsmittel kühlt dann ab und der Zyklus wiederholt sich.

Flüssiglösungsmittelsysteme funktionieren anders. Luft strömt durch eine Lösung – oft eine Kaliumhydroxidmischung –, die das CO₂ absorbiert. Die Lösung wird dann durch eine Reihe chemischer Schritte geleitet, die das Kohlendioxid bei hohen Temperaturen (bis zu 900 °C) abtrennen und das Lösungsmittel regenerieren. Dieser Ansatz kann größere Volumina verarbeiten, erfordert aber deutlich mehr Energie.

Was mit dem abgeschiedenen Kohlenstoff geschieht

Die dauerhafteste Entsorgungsmethode besteht darin, konzentriertes CO₂ tief unter die Erde in geologische Formationen wie Salzwasseraquifere oder Basaltgestein zu injizieren. In Island löst das Speicherunternehmen Carbfix abgeschiedenes CO₂ in Wasser und pumpt es etwa 1.000 Meter unter die Oberfläche, wo es mit Basaltgestein reagiert und mineralisiert – sich innerhalb weniger Jahre buchstäblich in Stein verwandelt. Alternativ kann abgeschiedenes CO₂ als Rohstoff für synthetische Kraftstoffe, Baumaterialien oder Chemikalien verwendet werden, obwohl diese Anwendungen seine Rückkehr in die Atmosphäre eher verzögern als verhindern.

Die Herausforderung der Skalierung

Die weltweit größte in Betrieb befindliche DAC-Anlage ist die Mammoth-Anlage von Climeworks in Island, die bis zu 36.000 Tonnen CO₂ pro Jahr entfernen kann – etwa die jährlichen Emissionen von 7.800 Autos. Das klingt bedeutend, wenn man bedenkt, dass die globalen CO₂-Emissionen jährlich 37 Milliarden Tonnen übersteigen. Weltweit sind derzeit rund 130 DAC-Anlagen geplant oder in Betrieb, aber ihre kombinierte Kapazität kratzt kaum an der Oberfläche dessen, was Klimawissenschaftler für notwendig halten.

Zwei viel größere Projekte befinden sich im Rahmen des DAC-Hubs-Programms des US-Energieministeriums in Texas und Louisiana im Bau, die jeweils auf eine Million Tonnen CO₂-Entfernung pro Jahr abzielen, wenn sie voll funktionsfähig sind.

Das Energie- und Kostenproblem

Das größte Hindernis für DAC ist die Energie. Da CO₂ nur 0,04 % der Atmosphäre ausmacht, müssen enorme Luftmengen verarbeitet werden. Die Entfernung von einer Million Tonnen CO₂ erfordert schätzungsweise 300–500 Megawatt Leistung – vergleichbar mit einem mittelgroßen Kraftwerk. Wenn diese Energie aus fossilen Brennstoffen stammt, kann der Prozess tatsächlich mehr Kohlenstoff emittieren als er abscheidet. Aus diesem Grund sind tragfähige DAC-Projekte auf saubere Energiequellen wie Geothermie, Solar oder Wind angewiesen.

Die Kosten sind weiterhin hoch. Aktuelle Schätzungen reichen von 250 bis 600 US-Dollar pro Tonne CO₂ in kleinen Anlagen. Bei größeren Maßstäben von einer Million Tonnen pro Jahr prognostizieren Analysten, dass die Kosten auf 150 bis 230 US-Dollar pro Tonne sinken könnten, aber um diese Einsparungen zu erzielen, sind massive Kapitalinvestitionen und billiger, zuverlässiger sauberer Strom erforderlich.

Ein notwendiger Teil des Puzzles

Klimamodelle der Internationalen Energieagentur und des IPCC zeigen durchweg, dass das Erreichen von Netto-Null-Emissionen wahrscheinlich eine Form der Kohlenstoffentfernung neben drastischen Emissionssenkungen erfordern wird. DAC ist kein Ersatz für die Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe, kann sich aber als unerlässlich erweisen, um schwer zu vermeidende Emissionen aus der Luftfahrt, der Landwirtschaft und der Schwerindustrie auszugleichen. Ob die Technologie schnell genug – und billig genug – skaliert werden kann, bleibt eine der entscheidenden Fragen der Klimapolitik.