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Sauber in die Zukunft

Heimdal filtert Kohlendioxid und Kalkstein aus Meerwasser

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Ozeangestützt Kohlenstoffentfernung: Cleantech-Startup Heimdal aus Oxford hat eine Technologie entwickelt, um wesentliche Rohstoffe der Zement- und Glas-Industrie aus Meerwasser zu filtern und dabei Kohlendioxid zu speichern.

Eines der gewaltigen Probleme, die aus dem steigenden CO2-Gehalt in der Atmosphäre resultieren, spielt sich im Wasser ab. Denn auch der Kohlendioxid-Gehalt im Meer steigt – und schädigt die Tierwelt, verändert die Ökosysteme. Jetzt gibt es mit Heimdal ein Cleantech-Startup aus Oxford, das das Klimagas in großen Mengen aus dem Meerwasser entfernen möchte. Entstehen sollen daraus ‚kohlenstoffnegative‘ Industriematerialien oder beispielsweise Kalkstein, der für die Betonherstellung benötigt wird.

Die Zement- und Betonherstellung gehört zu den klimaschädlichsten Industrien, die wir auf der Welt haben. Alleine die Herstellung von Beton verursacht acht Prozent der Treibhausgasemissionen – und der weltweite Hunger auf Beton nimmt rasch zu. Umso wesentlicher ist es, zu einer klimafreundlicheren Lösung zu gelangen. Das Meerwasser indes ist gut angereichert mit Mineralien, die exakt für die Betonherstellung genutzt werden können.

Diesen Zusammenhang erkannten die beiden Gründer des Cleantech-Startups Heimdal, Erik Millar und Marcus Lima, vor einigen Jahren. Zu diesem Zeitpunkt studierten sie in Oxford – und die Idee, Kohlendioxid aus dem Meerwasser zu filtern, ließ sie nicht mehr los. Im Oktober 2020 schließlich startete die Arbeit am Unternehmen Heimdal. Ziel: Der größten Bedrohung für die Menschheit, dem Klimawandel, begegnen.

Während Marcus Lima über die direkte Abscheidung von Kohlenstoff aus der Luft promovierte, überlegten sich die beiden Gründer, wie diese Methoden verbessert werden können. Sie entschieden sich dafür, Maschinen zu bauen, die Kalzium- und Magnesiumkarbonate aus dem Meer gewinnen, um kohlenstoffnegativen Beton einerseits und Glas andererseits herzustellen.

Wie unterscheidet sich das Verfahren?

„Das Verfahren ist besser als das unserer Konkurrenten, da es keine Nachrüstung bei bestehenden Zementherstellern erfordert“, behaupten die beiden Unternehmer. Sie müssten lediglich das synthetische Kalziumkarbonat, das aus atmosphärischem CO2 hergestellt wird, kaufen, anstatt es von Bergbauunternehmen zu beziehen. Dieses könne dann in deren bestehende Infrastruktur eingespeist werden, um chemisch identischen Zement und Beton herzustellen.

Entgegen kommen den Gründern die im Entstehen befindlichen Kohlenstoffmärkte, die eine Lösung wie die von Heimdal wirtschaftlich machen. Zeitgleich sind die Energiekosten für riesige Solar- und Windkraftanlagen gesunken. Diese Kombination aus neuem Kohlenstoffmarkt und der Umwälzung des Energiesektors durch erneuerbare Energien, macht neue Geschäftsmodelle wie die von Heimdal erst möglich.

Das Heimdal-Verfahren, das im Labormaßstab demonstriert wurde, funktioniert so: Zunächst wird das Meerwasser alkalisiert, wodurch sich sein pH-Wert erhöht und die Isolierung von gasförmigem Wasserstoff, Chlor und einem Hydroxid-Sorptionsmittel ermöglicht wird. Dieses wird mit einem separaten Strom von Meerwasser gemischt, was zur Ausfällung von Kalzium-, Magnesium- und Natriummineralien führt und die Sättigung des CO2 im Wasser verringert, so dass es bei der Rückführung ins Meer mehr aus der Atmosphäre aufnehmen kann.

Einfach ausgedrückt wird überschüssige Säure mit diesem Verfahren aus dem Ozean entfernt, und dieser quasi in den zustand vor der industriellen Revolution zurückversetzt. Es ist dann nicht mehr die Kohlensäure, die die Versauerung der Meere verursacht, sondern Bikarbonat und Karbonat. Das sind stabile Formen von mineralisiertem Kohlendioxid, die sich ihren Weg zum Meeresboden bahnen, um dort mehr als 100.000 Jahre lang gespeichert zu werden.

Heimdal-Technologie zur Filterung von CO2 aus Meerwasser, und Nutzung in der Industrie.
Schema der Heimdal-Technologie.

Aus Meerwasser und Elektrizität werden Industrie-Rohstoffe

Aus Meerwasser und Elektrizität werden mit dem Heimdal-Verfahren also Wasserstoff- und Chlorgas, Kalzium-, Natrium- und Magnesiumkarbonat erzeugt, und dabei wird eine große Menge an gelöstem CO2 gebunden. Für jede Kilotonne Meerwasser wird eine Tonne Kohlendioxid isoliert sowie zwei Tonnen Karbonate, von denen jedes eine industrielle Verwendung hat. MgCO3 und Na2CO3 werden unter anderem in der Glasherstellung verwendet, aber CaCO3, also Kalkstein, hat die größten potenziellen Auswirkungen.

Als wichtiger Bestandteil des Zementherstellungsprozesses ist Kalkstein immer sehr gefragt. Die derzeitigen Methoden der Kalksteingewinnung sind jedoch enorme Quellen für atmosphärischen Kohlenstoff. Überall auf der Welt investieren Industrien in Strategien zur Kohlenstoffreduzierung, und obwohl rein finanzielle Kompensationen üblich sind, wird die bevorzugte Alternative in Zukunft wahrscheinlich tatsächlich kohlenstoffnegative Verfahren sein.

Um die Sache noch weiter voranzutreiben, will Heimdal mit Entsalzungsanlagen zusammenarbeiten, die überall auf der Welt üblich sind, wo Süßwasser knapp, Meerwasser und Energie aber reichlich vorhanden sind, z. B. an den Küsten von Kalifornien und Texas in den USA und in vielen anderen Gebieten weltweit, vor allem aber dort, wo Wüsten auf das Meer treffen, wie in der MENA-Region.

Heimdal-Pilotprojekt in Entsalzungsanlage

Bei der Entsalzung entsteht Süßwasser und eine entsprechend salzhaltigere Sole, die in der Regel aufbereitet werden muss, da eine einfache Rückleitung ins Meer das lokale Ökosystem aus dem Gleichgewicht bringen kann. Aber was wäre, wenn es zwischen der Anlage und dem Meer ein Verfahren zur Mineraliengewinnung gäbe? Heimdal profitiert von mehr Mineralien pro Tonne Wasser, und die Entsalzungsanlage kann ihr salziges Nebenprodukt effektiv behandeln.

Heimdal steht bereits mit mehreren großen Zement- und Glasherstellern in Kontakt, eine erste Pilotanlage in einer existierenden Entsalzungsanlage soll zeitnah aufgebaut werden. Im Jahr 2023 will das Cleantech-Unternehmen dann in die kommerzielle Produktion einsteigen. „In drei Jahren wird Heimdal Hunderttausende von Tonnen CO2 pro Jahr abscheiden und den Bedarf an Karbonat für Anlagen in der ganzen Welt decken. In 5 Jahren werden es Millionen von Tonnen CO2 sein“, sagen Millar und Lima.

Pilotanlage auf Hawaii

An einem abgelegenen Küstenabschnitt auf der Big Island von Hawaii hat Heimdal eine Pilotanlage errichtet, die das Verfahren auch im realen Maßstab nachweisen soll. Dort ist die Pilotanlage, die im Mai 2022 fertig wurde, an eine bestehende Entsalzungsanlage angeschlossen, um Kosten zu sparen. Es existiert also bereits ein System, um das Wasser aus dem Meer herauszupumpen. Dabei läuft der Betrieb ausschließlich auf Basis von Solarenergie. Die Menge des CO2, das abgeschieden werden kann, liegt derzeit bei 36 Tonnen pro Jahr, ist also viel kleiner als das, was Climeworks etwa auf Island macht. Dort versteinert das Cleantech-Unternehmen 4.000 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr (siehe hier).

Heimdal
Bild: Heimdal

Bei Heimdal liegen die aktuellen Kosten bei 475 Dollar pro abgeschiedener Tonne CO2. In den kommenden Jahren soll eine größere Anlage in der Größenordnung von Orca entstehen, die dann 5.000 Tonnen CO2 zu weniger als 200 US-Dollar filtern soll. derzeit sucht Heimdal nach einem passenden Standort – denkbar ist etwa Portugal oder Dubai. Als Voraussetzung dient dabei, dass entweder ein Kraftwerk vorhanden ist (wie in Portugal) oder eine Entsalzungsanlage (wie in Dubai).

Entscheidend neben der Kosten ist der Faktor Zeit: Um wirklich große Mengen CO2 abzuscheiden, hat die Menschheit nur noch wenige Jahre Zeit. Heimdal hofft, in den kommenden drei Jahren bereits auf eine Skala von fünf Millionen Tonnen pro Jahr skalieren zu können. Genau solch ehrgeizige Pläne wie die von Climeworks oder Heimdal sind zwingend, um der Klimakrise erfolgreich die Stirn zu bieten.

Dieser Beitrag entstand ursprünglich am 11. Dezember 2021, wurde aber zuletzt am 25. August 2022 aktualisiert und erweitert.

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