Faszination Technik Wie aus dem Treibhausgas CO2 der Hightech-Rohstoff Kohlenstoff wird

Quelle: KIT

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: das klimafreundliche NECOC-Verfahren zur Produktion von Kohlenstoff aus dem klimaschädlichen CO2 der Umgebungsluft.

Der neue NECOC-Anlagenverbund am KIT entnimmt der Atmosphäre das Treibhausgas CO2  und wandelt es durch kombinierte Prozesse in stabilen Kohlenstoff um.
Der neue NECOC-Anlagenverbund am KIT entnimmt der Atmosphäre das Treibhausgas CO2 und wandelt es durch kombinierte Prozesse in stabilen Kohlenstoff um.
(Bild: Markus Breig / KIT)

Will Deutschland klimaneutral werden, müssen Kohlenstoffkreisläufe in der Industrie möglichst rasch geschlossen werden. Um gleichzeitig auch das 1,5-Grad-Ziel zu erreichen, muss nach Empfehlungen des Weltklimarates zusätzlich bereits ausgestoßenes CO2 aus der Atmosphäre entfernt und dauerhaft gespeichert werden. Das KIT geht nun neue Wege in der Bereitstellung von Kohlenstoff für die Industrie. Benötigt wird dieser bei der Produktion von Batterien, in der Farbindustrie, im Agrarsektor oder auch bei der Herstellung von Baustoffen. Bislang stammt er meist aus fossilen Quellen. Im Forschungsprojekt NECOC (NEgative CarbOn dioxide to Carbon) entwickeln die Verbundpartner KIT, Ineratec und Climeworks ein Verfahren, mit dem sich CO2 aus der Atmosphäre in Kohlenstoff verarbeiten lässt. Bleibt dieser so hergestellte Kohlenstoff langfristig gebunden, könnten laut KIT negative Emissionen mit einer postfossilen Rohstoffversorgung im Sinne einer Carbon-Management-Strategie kombiniert werden.

Aus zwei Kilogramm CO2 werden 500 Gramm fester Kohlenstoff

Nach Angaben des KIT hat das Forschungsteam in einer ersten Projektphase eine Versuchsanlage im Containermaßstab aufgebaut, die nun in Betrieb gegangen ist. Im kontinuierlichen Betrieb entfernt diese erste Ausbaustufe jeden Tag knapp zwei Kilogramm CO2 aus der Umgebungsluft und produziert daraus 0,5 Kilogramm festen Kohlenstoff. In einer zweiten Projektphase soll das NECOC-Verfahren für eine erweiterte Ausbaustufe skaliert und optimiert werden.

In drei Schritten vom Treibhausgas zum Wertstoff

Übersicht zum klimafreundlichen NECOC-Verfahren zur Produktion von Kohlenstoff aus CO2.
Übersicht zum klimafreundlichen NECOC-Verfahren zur Produktion von Kohlenstoff aus CO2.
(Bild: modus: medien + kommunikation gmbh)

Wie das KIT mitteilt, kombiniert das NECOC-Verfahren drei Prozessschritte: Mithilfe eines Adsorbers wird im ersten Schritt das CO2 aus der Umgebungsluft abgetrennt (Direct Air Capture). Im zweiten Schritt wird es in einem mikrostrukturierten Reaktor mit erneuerbar hergestelltem Wasserstoff aus einem angeschlossenen Elektrolyseur zur Reaktion gebracht. Die Bestandteile Kohlenstoff und Sauerstoff gehen dabei neue Bindungen ein, aus dem CO2 wird nun Methan und Wasser. Das Wasser fließt zurück in den Elektrolyseur, das Methan mit seinem Kohlenstoffbestandteil fließt weiter in einen Reaktor mit flüssigem Zinn. Im dritten Verfahrensschritt kommt es dort in aufsteigenden Blasen zur Pyrolysereaktion, die Methanmoleküle werden aufgespalten. Dabei entsteht Wasserstoff, der wieder zur Auftrennung von CO2 im Prozess verwendet wird. Übrig bleibt Kohlenstoff, der als mikrogranulares Pulver auf dem Zinn schwimmt und mechanisch kontinuierlich abgetrennt wird. Durch Änderung von Prozessparametern wie dem Temperaturniveau können dabei unterschiedliche Kohlenstoffmodifikationen wie Graphit, Carbon Black oder sogar Graphen hergestellt werden.

So geht es weiter

In einer zweiten Projektphase soll das NECOC-Verfahren nun noch energieeffizienter gemacht werden, indem die Rückgewinnung von Prozesswärme verbessert wird. Außerdem werden nach eigenen Angaben die Integration von Hochtemperatur-Wärmespeichern betrachtet und die direkte Einbindung solarer Wärme. Weiterhin sollen die Einbindung von CO2-Punktquellen, neuartige Ansätze zur Entnahme des CO2 aus der Luft sowie der Einfluss von Spuren- und Begleitkomponenten aus dem Prozessverbund auf die Kohlenstoffqualität untersucht werden.

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