Diversifizierung und Skalierung der direkten Lufterfassung für eine Netto-Null-Zukunft

Um die Netto-Null-Ziele bis Mitte des Jahrhunderts zu erreichen, müssen jährlich Gigatonnen Kohlendioxid (CO2) durch direkte Luftabscheidung und -speicherung (DACS) entfernt werden. Der derzeitige Einsatz ist jedoch gering, so dass die DACS-Technologien in einem noch nie dagewesenen Tempo eingeführt werden müssen. Der Blog-Beitrag untersucht die beiden fortschrittlichsten Abscheidungsmethoden, die bei DACS zum Einsatz kommen, vergleicht ihre Skalierbarkeit und betont, wie wichtig es ist, in den nächsten zehn Jahren in mehrere Technologien zu investieren, anstatt sich ausschließlich auf bestehende Ansätze zu verlassen.

DACS hat das Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zur Entfernung von Kohlenstoff aus der Luft zu leisten

Nach Angaben des IPCCist es fast sicher, dass die kumulierten CO₂ Emissionen bis 2050 das "Kohlenstoffbudget" überschreiten werden, das mit einem Klimaziel von deutlich unter 2°C vereinbar ist. Folglich wird neben einer umfassenden Dekarbonisierung auch die Beseitigung von Kohlendioxid (CDR) auf dem Größenordnung von Gigatonnen (Gt) jährlich bis 2050. Prominente Ansätze zur CDR umfassen naturbasierte Lösungen wie die Aufforstung sowie technische Lösungen wie die direkte Abscheidung und Speicherung von CO₂ (DACS). Obwohl alle CDR-Lösungen mit Risiken und Herausforderungen verbunden sind, sind sich die Wissenschaftler einig, dass ein Portfolio von CDR-Lösungen benötigt wird. Obwohl DACS derzeit eine der teuersten CDR-Optionengilt sie als vielversprechende und skalierbare Lösung für die dauerhafte Beseitigung großer Mengen von CO₂. Das Schweizer DACS-Unternehmen Climeworks bietet CO₂ Beseitigungsverträge für $600 bis $1.200 pro Tonne. Im Gegensatz dazu sind naturnahe Lösungen wie die Wiederaufforstung weniger teuer und kosten zwischen $10 und $50 pro Tonne, aber bieten keine permanente CO₂ Lagerungmit der Folge einer eventuellen Freisetzung des abgeschiedenen CO₂ zurück in die Luft. Die Kosten für DACS betragen Es wird damit gerechnet, dass die Kosten für die Nutzung der Dienste mit der zunehmenden Verbreitung abnehmen werden, was durch weitere Innovationen und Erfahrungsmechanismen ermöglicht wird.. Diese Entwicklung könnte ähnlich verlaufen wie bei anderen kohlenstoffarmen Technologien, wie z.B. Solar-PVdie radikale Kostensenkungen erfahren hat.

Obwohl vielversprechend, Das DACS befindet sich noch in der Anfangsphase

Es gibt eine Reihe von vielversprechende DACS erfassen in der Entwicklung befindliche Technologien. Die zwei fortschrittlichste Methodensind flüssige Lösungsmittel und DACS mit festen Sorptionsmitteln. Beide Methoden verwenden ein chemisches Material zur Abscheidung von CO₂ aus der Luft freizusetzen und zu binden, was der entscheidende Faktor für die Auslegung einer Anlage ist. Zur Freisetzung des CO₂Für den Abtrennungsprozess wird viel Energie benötigt, die aus Wärme, Strom oder Druck stammen kann. Nach der Freisetzung wird das CO₂ kann dann unterirdisch gelagert werden, um es dauerhaft aus der Atmosphäre zu entfernen. Die beiden Technologien unterscheiden sich darin, wie viel Energie für den Abtrennungsprozess benötigt wird. Flüssige Lösungsmittelsysteme benötigen 900°C, um ein hochreines CO₂ Gas, während feste Sorptionsmittel etwa 120°C benötigen. Aufgrund dieses Unterschieds können feste Sorptionsmittel Abwärme oder erneuerbare Energie nutzen, während flüssige Lösungsmittelsysteme auf Erdgas angewiesen sind. Auch der Aufbau der Anlagen unterscheidet sich zwischen den beiden Technologien. Anlagen mit festen Sorptionsmitteln sind eher modular aufgebaut und können durch Hinzufügen weiterer Einheiten vergrößert werden. DACS mit flüssigen Lösungsmitteln hingegen ist ein kontinuierlicher Prozess mit eng miteinander verbundenen Komponenten. Während für die wirtschaftliche Durchführbarkeit größere DACS-Anlagen mit flüssigen Lösungsmitteln erforderlich sind, profitieren sie stark von den Größenvorteilen.

Zu den Unternehmen, die bei der Entwicklung von DACS mit festen Sorptionsmitteln am weitesten fortgeschritten sind, gehören Globaler Thermostat und ETH-Spin-offKlimawerkstatt, während Kohlenstofftechnik ist das führende Unternehmen für DACS mit flüssigen Lösungsmitteln. In letzter Zeit hat es eine Welle neuer Unternehmen gegeben, von denen einige den Ansatz fester Sorptionsmittel oder flüssiger Lösungsmittel anwenden, während andere neue DACS-Ansätze entwickeln. Heirloomhat beispielsweise ein Verfahren entwickelt, das eine natürliche Reaktion zwischen CO₂ in der Umgebungsluft und kalziumreiche Mineralien, um ein festes Karbonat zu bilden, das verarbeitet werden kann, um die Mineralien zu regenerieren und ein CO₂ Strom. Das Verfahren von Heirloom nutzt längere Absorptionszeiten, um den Einsatz teurer Materialien und einen erzwungenen Luftstrom durch das System zu vermeiden, Möglicherweise was zu niedrig Gesamtkapitalkosten.

Um die CDR-Lücke zu schließen, müssen bestehende und neue DACS-Technologien hochskaliert werden

Bis heute, 19 DACS-Anlagen in verschiedenen Größen installiert. Die Größen reichen von 1 tCO₂/Jahr auf 4.000 tCO₂/Jahr Abscheidungskapazität. Die Gesamtabscheidungskapazität dieser Anlagen beläuft sich auf mehr als 10.000 tCO₂/Jahr (10 ktCO₂/Jahr). Um jedoch von 10 ktCO₂/Jahr bis zur Mitte des Jahrhunderts auf die benötigte Gt-Skala pro Jahr zu erhöhen, müssen die DACS-Technologien in einem noch nie dagewesenen Tempo skaliert werden.

Abbildung 1. Einsatz von DACS in tCO₂/Jahr. Die grauen Projektionen zeigen eine untere (lineare) und obere (exponentielle) Extrapolation der Einführungsdaten für 2022-2025. Die Einführungsdaten für 2022-2025 umfassen bestehende und in der Entwicklung befindliche Projekte. Eigene, leicht veränderte Grafik aus der Bericht über den Stand der Kohlendioxid-Entfernung.

Die Durchführbarkeit dieser beispiellosen Maßstabsvergrößerung hängt von mehreren Kostensenkungsfaktoren ab. Die Energie- und Materialpreise wirken sich direkt auf die Kosten aus, während weitere Innovationen und Einsätze den Produktionsprozess kosteneffizienter machen würden. Sowohl DACS mit festen Sorptionsmitteln als auch mit flüssigen Lösungsmitteln haben Verbesserungspotenzial: Beim Ansatz der festen Sorptionsmittel z. B. konzentriert sich die Forschung auf die Verbesserung der Kapazität der Sorptionsmittel und die Steigerung ihrer Produktion. Beim Lösungsmittelansatz geht es um die Entwicklung neuartiger flüssiger Lösungsmittel mit größerer Kapazität und geringerem Energiebedarf für die Regeneration. Die Entwicklung neuartiger DACS-Konzepte könnte auch die Kosten radikal senken. Neben DACS mit festen Sorptionsmitteln und flüssigen Lösungsmitteln könnten beispielsweise alternative DACS-Konzepte, wie Das Verfahren von Heirloomenthalten Funktionen, die einige der mit den bestehenden DACS-Verfahren verbundenen Probleme lösen können.

Um die Netto-Null-Ziele für die Mitte des Jahrhunderts zu erreichen, ist es von entscheidender Bedeutung, den Einsatz sowohl bestehender als auch neuer DACS-Methoden zu unterstützen, damit DACS skalieren und dazu beitragen kann, die CDR-Lücke. Um den allgemeinen Aufschwung der Industrie zu gewährleisten, ist es von entscheidender Bedeutung, in den nächsten zehn Jahren in eine Reihe von DACS-Methoden zu investieren, auch wenn sich die Industrie letztendlich auf einige wenige vorherrschende Ansätze festlegen könnte. Wenn man sich nur auf eine Methode verlässt, besteht die Gefahr, dass DACS nicht zur CDR beiträgt, was sich die Welt nicht leisten kann.

Dieses Projekt wurde von der Europäischen Union im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 unter der Marie Sklodowska-Curie (MSC) Finanzhilfevereinbarung Nr. 847585 gefördert.

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