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50 Dollar pro Tonne: Wie Heirloom Carbon bis 2035 eine Milliarde Tonnen CO2 filtern und speichern will

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Cleantech-Startup Heirloom Carbon will Mineralien nutzen, um Kohlenstoffdioxid der Atmosphäre zu entziehen.

Um die Dekarbonisierung und die ökologische Transformation zu schaffen, wird es notwendig sein, unvermeidbare Kohlendioxid-Emissionen auszugleichen, indem CO2 aus der Atmosphäre abgeschieden, und gespeichert wird. Neben den Cleantech-Startups Carbon Engineering oder Climeworks, die entsprechende Anlagen im kleinen Maßstab bereits realisiert haben, ist jetzt ein neuer Anbieter am Horizont aufgetaucht: Heirloom Carbon aus Kalifornien hat die Mission, eine Milliarde Tonnen CO2 bis 2035 zu filtern und über einen Mineralisierungsprozess zu speichern – und das zu geringeren Kosten als die anderen Technologieunternehmen.

Um den globalen Temperaturanstieg auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, sind Negativ-Emissionen erforderlich. Bedeutet: Kohlendioxid wird gefiltert und dauerhaft gespeichert oder in langlebigen Produkten verwendet werden. Um eine Erwärmung des Planeten um 2 ˚C zu verhindern, müssten laut einer Studie aus dem Jahr 2018 bis 2050 jährlich 10 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt werden, bis 2100 sogar 20 Milliarden.

Grund für den Bedarf an Negativ-Emissionen: Langjährige Untätigkeit bzw. sogar die bewusste Desinformation etwa von Shell wider besseren Wissens. Shell ist bis heute uneinsichtig, und hat gerade eine empfindliche Niederlage vor Gericht erlitten.

Die Nachfrage nach hochwertiger Kohlenstoffabscheidung wächst mittlerweile rasant – und das, obwohl CO2-Zertifikate momentan noch günstiger sind als die Technologien zur echten Abscheidung und Speicherung wie etwa durch CarbFix in Island. Freiwillige Käufer kaufen heute bereits Emissionsgutschriften, um ihre Emissionen auszugleichen. Compliance-Märkte wie der kalifornische Low Carbon Fuel Standard und das Emissionshandelssystem der Europäischen Union liefern Blaupausen für die kommenden Kohlenstoffmärkte im Wert von über 100 Milliarden Dollar.

Will die Menschheit künftig pro Jahr Dutzende Gigatonnen Kohlenstoff entfernen, wird die Industrie eine der größten in überhaupt werden. Die Cleantech-Unternehmen, die das gewinnbringend tun können, werden zu den Großkonzernen zählen. Doch heute verfügbare Lösungen zur Kohlendioxid-Entfernung sind für die Skalierung noch zu teuer. Notwendig wären kilometerlange Wände aus Ventilatoren, die enorme Mengen Energie verbrauchen.

So funktioniert die direkte Kohlendioxid-Abscheidung

Im Kern ist die direkte Kohlendioxid-Abscheidung ein zweistufiger Prozess:

  • Abscheidung: CO2 wird durch eine chemische Reaktion mit einem festen oder flüssigen „Sorptionsmittel“ aus der Luft abgeschieden
  • Regeneration: Das CO2 und das Sorptionsmittel werden getrennt, um reines CO2 zu erzeugen, das dauerhaft unterirdisch gelagert werden kann.

Die Regenerationsphase ist in der Regel ein energieaufwändiger Prozess. Es gibt eine Grenze dessen, was getan werden kann, um den Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten zu reduzieren. Aber die Erfassungsphase ist flexibler, und darin liegt Besonderheit der Technologie von Heirloom Carbon.

Natürlich vorkommende Mineralien sind – neben Wäldern, Böden und dem Meer – eine der wichtigsten Kohlenstoffsenken unseres Planeten. Über geologische Zeiträume hinweg bindet sich Kohlendioxid in Luft und Wasser chemisch an Mineralien und wird dauerhaft zu Stein. Dieser natürliche Prozess bildet die Grundlage für Abscheidungsphase von Heirloom Carbon.

Die Heirloom-Technologie wird aus zwei Gründen zu den kostengünstigsten Lösungen auf dem Markt gehören, so das Cleantech-Unternehmen. Erstens sind die genutzten Mineralien (Karbonate) erstaunlich reichlich vorhanden. Die Verwendung von Karbonaten als Sorptionsmittel kostet weniger als ein Prozent der hochentwickelten Gegenstücke, die heute in vielen Technologien zur direkten Luftabscheidung verwendet werden.

Zweitens bietet Heirlooms Technologie die Möglichkeit, die natürliche Kohlenstoffaufnahmerate des Minerals zu verbessern, wodurch der jahrelange geologische Prozess auf eine Frage von Tagen reduziert wird. Das Sorptionsmittel kann der Umgebungsluft so passiv ausgesetzt werden. Herzstück sind damit ein optimierter Passiv-Luft-Kontaktor, und ein automatisiertes Materialhandhabungssystem. Die Natur erledigt sozusagen einen Teil der Arbeit und minimiert dadurch den Aufwand im Hinblick auf Flächen, Energie und Kosten.

Konkret nutzt Heirloom Carbon einen Hochtemperatur-Reaktor um gemahlenen Kalkstein oder Magnesit, größtenteils aus Kalzium bestehend, bei 400 bis 900 Grad Celsius zu „kochen“, um diesen zu zersetzen. Dadurch wird CO2 freigesetzt. Verwendet werden sollen elektrische Brennöfen, damit ein Strom von Kohlendioxid ohne Verunreinigungen durch fossile Brennstoffe entstehen kann. Dieses Kohlendioxid kann dann relativ einfach aufgefangen, komprimiert und unterirdisch verpresst werden, wodurch es praktisch für immer gespeichert wird.

Die übrig gebliebenen Oxid-Mineralien, bei einem Prozess mit Kalkstein wäre dies Kalziumoxid, können in dünnen Schichten auf Platten ausgebreitet, vertikal gestapelt und an der freien Luft ausgesetzt werden. Die Mineralien sind hochreaktiv und verbinden sich mit dem Kohlendioxid in der Luft. Mit einigen zusätzlichen Verbesserungen, so glauben die Forscher von Heirloom Carbon, könnten sich die meisten Materialien bereits nach zwei Wochen mit dem Treibhausgas verbinden. Normalerweise würde es etwa ein Jahr dauern.

Dieser Prozess würde Kalziumoxid wieder in Kalziumkarbonat umwandeln, den Hauptbestandteil von Kalkstein, und dann kann der Prozess einfach von vorne beginnen. Das Unternehmen glaubt, dass es die Materialien mindestens zehnmal, möglicherweise sogar dutzendmal, wiederverwenden kann, bevor sie sich zu sehr zersetzen, um genügend Kohlendioxid abzuscheiden.

So funktioniert die Heirloom Carbon Technologie zur günstigen CO2-Abscheidung und Ablagerung in Karbonaten.

Finanzierungsrunde mit Breakthrough Energy Ventures

Das in San Francisco angesiedelte Unternehmen Heirloom Carbon hat gerade eine Finanzierungsrunde mit Breakthrough Energy Ventures, Lowercarbon Capital, Incite.org, Yes VX, The Grantham Foundation for the Protection of the Environment, Autodesk Foundation und Prelude Ventures abgeschlossen. Die Höhe der genannten Finanzierung wurde aber bislang nicht veröffentlicht.

Das Kerngeschäftsmodell des Unternehmens wird der Verkauf von Emissionsgutschriften an Unternehmen oder Privatpersonen sein, entweder über freiwillige Kompensationssysteme oder staatliche Emissionsprogramme. Heirloom setzt darauf, dass seine Angebote immer attraktiver werden, da ihre Kosten sinken und die Politik Zuckerbrot und Peitsche bereitstellt, die es für Unternehmen oder Regierungen attraktiver – oder notwendiger – machen, im Laufe der Zeit für den Kohlenstoffabbau zu zahlen.

Einen ersten Kunden hat Heirloom Carbon auch schon an Land gezogen: Stripe zahlt 2,8 Millionen Dollar, um Kohlenstoffentfernungs-Credits von sechs Projekten zu kaufen – zusätzlich sollen weitere 5,25 Millionen Dollar folgen, wenn diese Bemühungen bestimmte Meilensteine erreichen.

Heirloom ist zuversichtlich, dass es die Kosten deutlich senken kann, weil es teure Sorptionsmittel und die energieintensiven Ventilatoren vermeidet, die bei anderen Ansätzen zur direkten Lufterfassung Luft durch das System blasen. Darüber hinaus will das Unternehmen stark auf Roboter, Software und andere Formen der Automatisierung setzen, um den Prozess zu beschleunigen und die Kosten zu verringern.

Heirloom Carbon: Verfahren 2020 in Nature Communications beschrieben

Das Unternehmen erregt unter anderem deshalb Aufmerksamkeit, weil das Verfahren, das in einer im vergangenen Jahr in Nature Communications veröffentlichten Arbeit beschrieben wurde, von prominenten Forschern entwickelt wurde, die sich mit der Verwendung von Mineralien zur Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff beschäftigen. Dazu gehören: Peter Kelemen von der Columbia University, Greg Dipple von der University of British Columbia, Phil Renforth von der Heriot-Watt University und Jennifer Wilcox, die jetzt stellvertretende Staatssekretärin für fossile Energie in der Biden-Administration ist. Der Hauptautor des Papiers war Noah McQueen, ein Doktorand von Wilcox und jetzt Forschungsleiter bei Heirloom.

Laut US Geological Survey gibt es allein in den USA etwa 3.000 Gigatonnen CO2-Speicherkapazität in Reservoiren über 3.000 Fuß unter der Erdoberfläche. In dieser Tiefe ist das Risiko negativer Auswirkungen wie Eingriffe in das Grundwassersystem und seismische Aktivitäten sehr gering. Und fast jede Region der Welt verfügt über ein Speicherpotenzial von mindestens 100 Gigatonnen. Das Ergebnis ist eine Technologie, die überall dort eingesetzt werden kann, wo geologische CO2-Speicherung und kostengünstige erneuerbare Energien möglich sind, und die eine ganz neue Klasse von wirklich globalen Klima-Jobs schafft.

Inspiriert von der Natur ist es ist Vision von Heirloom Carbon, den Prozess der Kohlenstoffmineralisierung zu verbessern, und ihn auf ein hochwertiges System zur direkten Abscheidung aus der Luft anzuwenden, das langfristig 50 Dollar pro Tonne CO2. Ziel des Cleantech-Unternehmens ist es, eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid bis 2035 zu entfernen.

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