CO2 aus der Luft filtern: Vor- und Nachteile der Direct Air Capture

Direct Air Capture (DAC) ist eine aufstrebende Technologie, die Kohlendioxid (CO2) direkt aus der Umgebungsluft extrahiert, um es anschließend zu speichern oder weiterzuverwerten. Diese innovative Methode gilt als entscheidender Baustein für das Erreichen globaler Klimaziele, insbesondere um schwer vermeidbare Emissionen auszugleichen und überschüssiges CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen. Während Unternehmen wie Climeworks, Heirloom Carbon und 1PointFive bereits operative Anlagen betreiben und die Technologie vorantreiben, stehen die hohen Betriebskosten pro Tonne CO2 sowie der immense Energiebedarf noch im Fokus der Debatte.

Was ist Direct Air Capture?

Direct Air Capture (DAC) ist ein Verfahren, das darauf abzielt, CO2 direkt aus der atmosphärischen Luft zu filtern, im Gegensatz zur Abscheidung an Punktquellen wie Kraftwerken. Die Luft wird durch große Ventilatoren in einen Reaktor geleitet, wo spezifische chemische Absorbentien oder feste Filter das CO2 binden. Sobald die Filter gesättigt sind, wird das CO2 durch Erhitzung oder Druckänderung freigesetzt. Dieses hochkonzentrierte CO2 kann dann unterirdisch gespeichert (CCS – Carbon Capture and Storage) oder für die Produktion synthetischer Kraftstoffe, Baumaterialien oder in der Landwirtschaft (CCU – Carbon Capture and Utilization) verwendet werden. Es gibt zwei Haupttypen: Flüssig-DAC, das chemische Lösungen nutzt, und Feststoff-DAC, das feste Sorbentien einsetzt. Beide Varianten sind energieintensiv, vor allem für den Regenerationsprozess der Absorbentien.

“„DAC ist keine Lizenz zum Weitermachen wie bisher, sondern ein unverzichtbares Werkzeug, um die historischen CO2-Emissionen anzugehen und jene zu neutralisieren, die wir selbst mit den größten Anstrengungen nicht vermeiden können.“”

Vorteile der Direct Air Capture

Einer der größten Vorteile von Direct Air Capture ist die flexible Standortwahl. Da CO2 ubiquitär in der Atmosphäre verteilt ist, müssen DAC-Anlagen nicht direkt an Emittenten angeschlossen sein. Sie können an Orten mit Zugang zu erneuerbaren Energien, geologischen Speicherstätten oder Wasser gebaut werden, was die Planung und den Bau vereinfacht. Dies ist ein entscheidender Unterschied zu Punktquellen-CCUS (Carbon Capture, Utilization, and Storage), das an spezifische Industrieanlagen gebunden ist. Diese Flexibilität ermöglicht es beispielsweise, DAC-Anlagen in Island zu errichten, wo Geothermie reichlich saubere Energie liefert und Basaltgestein eine permanente CO2-Speicherung durch Mineralisierung ermöglicht, wie es Climeworks in seiner Orca-Anlage praktiziert.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Fähigkeit, historische und diffuse Emissionen zu bekämpfen. Viele Sektoren, wie die Landwirtschaft oder der Flugverkehr, weisen diffuse Emissionen auf, die sich nicht an einer einzelnen Quelle abscheiden lassen. DAC bietet hier die einzige technologische Option, um solche schwer zu reduzierenden oder bereits freigesetzten Emissionen nachträglich aus der Atmosphäre zu entfernen. Dies macht DAC zu einer Schlüsseltechnologie für das Erreichen von Netto-Null-Zielen, da es eine notwendige Ergänzung zu Emissionsreduktionen darstellt und nicht nur ein Ersatz dafür.

Zudem fördert die Entwicklung von DAC-Technologien Innovation und schafft neue Wertschöpfungsketten. Die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich führt zu Fortschritten in Materialwissenschaften, Energietechnik und Chemie. Dies kann auch zu einer Stärkung der Wirtschaft in Ländern führen, die diese Technologien entwickeln und exportieren. Die Schweiz, mit Unternehmen wie Climeworks, ist hier ein Vorreiter und positioniert sich als wichtiger Akteur auf dem globalen Markt für Kohlenstoffentfernung.

Nachteile und Herausforderungen der Direct Air Capture

Die größten Hürden für Direct Air Capture liegen derzeit in den hohen Kosten und dem enormen Energiebedarf. Die Kosten für die Abscheidung einer Tonne CO2 variieren stark und liegen Schätzungen zufolge zwischen 200 und 1000 Euro, abhängig von der Technologie und dem Standort. Dies ist deutlich teurer als die CO2-Bepreisung in vielen Emissionshandelssystemen, etwa dem EU ETS, wo der Preis selten über 100 Euro pro Tonne liegt. Um wettbewerbsfähig zu sein, muss der Preis pro Tonne signifikant unter 100 Euro fallen, was massive technologische Durchbrüche und Skaleneffekte erfordert. Der Energieverbrauch ist ebenfalls beträchtlich: Für die Abscheidung einer Tonne CO2 können je nach Verfahren mehrere Gigajoule thermischer und elektrischer Energie benötigt werden, die idealerweise aus erneuerbaren Quellen stammen muss, um die Klimabilanz nicht zu verschlechtern.

Ein weiterer Nachteil ist der erhebliche Flächenbedarf. Großflächige DAC-Anlagen, die Millionen Tonnen CO2 pro Jahr abscheiden sollen, benötigen große Flächen für die Ventilatoren, Reaktoren und die notwendige Energieinfrastruktur (z.B. Solarparks oder Windparks zur Stromversorgung). Dies kann zu Konflikten mit anderen Landnutzungsansprüchen führen, wie Landwirtschaft, Naturschutz oder der Entwicklung von Wohnraum. Eine Studie des Potsdamer Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) weist darauf hin, dass eine globale Skalierung von DAC ohne eine gleichzeitige drastische Reduzierung der Emissionen unrealistisch ist, da der Flächen- und Energiebedarf schlichtweg zu groß wäre.

Schließlich besteht das Risiko des Moral Hazard. Die Existenz von DAC könnte die Motivation schmälern, Emissionen an der Quelle zu reduzieren, da die Verlockung besteht, sich auf spätere technologische Lösungen zu verlassen. Dies lenkt möglicherweise von den dringenden Maßnahmen zur Dekarbonisierung ab, die jetzt notwendig sind. Es ist entscheidend, dass DAC als Ergänzung und nicht als Ersatz für primäre Emissionsreduktionen verstanden und kommuniziert wird.

Wer sollte Direct Air Capture nutzen?

Direct Air Capture richtet sich primär an Unternehmen und Staaten, die ihre Netto-Null-Ziele erreichen müssen und dabei auf nicht vermeidbare Restemissionen stoßen. Dies betrifft insbesondere Sektoren wie die Zement- und Stahlindustrie, die Landwirtschaft und die Luftfahrt, deren Prozesse schwer oder gar nicht vollständig dekarbonisiert werden können. Für diese Akteure bietet DAC eine Möglichkeit, den verbleibenden Kohlenstoff-Fußabdruck auszugleichen. Auch Länder mit ambitionierten Klimazielen, die über geologische CO2-Speicherpotenziale verfügen, wie etwa Norwegen oder die Niederlande, könnten DAC-Projekte aktiv fördern und implementieren.

Des Weiteren ist DAC für Unternehmen interessant, die hochwertige, nachhaltige Produkte mit geringem Kohlenstoff-Fußabdruck anbieten möchten, indem sie das abgeschiedene CO2 als Rohstoff nutzen (Carbon Capture and Utilization – CCU). Beispiele hierfür sind synthetische Kraftstoffe (e-Fuels), die in der Luftfahrt oder im Schwerlastverkehr als CO2-neutral deklariert werden können, oder Baumaterialien. Der Markt für diese Produkte wächst und schafft Anreize für Investitionen in DAC. Auch Investoren im Bereich der grünen Technologien und Carbon Credits sehen in DAC ein zukunftsträchtiges Feld, das langfristig erhebliche Renditen versprechen könnte, sobald die Kosten fallen und die Skalierung voranschreitet.

Fazit: Ein notwendiger, aber teurer Baustein

Direct Air Capture ist kein Allheilmittel, aber ein unverzichtbarer Bestandteil der globalen Klimastrategie. Die Technologie bietet die einzigartige Möglichkeit, diffuse und historische CO2-Emissionen zu bekämpfen und Klimaziele zu erreichen, die allein durch Emissionsreduktion unerreichbar wären. Die größten Hürden sind nach wie vor die hohen Kosten und der beträchtliche Energiebedarf, die nur durch weitere Innovation, Skalierung und politische Unterstützung überwunden werden können. Finanzierungsmechanismen wie der EU-Innovationsfonds oder staatliche Förderprogramme in Deutschland und Österreich spielen eine entscheidende Rolle, um DAC zur Marktreife zu bringen.

Um die Akzeptanz und Wirtschaftlichkeit zu erhöhen, sind weiterhin Forschung und Entwicklung erforderlich, um die Effizienz zu steigern und den Energieverbrauch zu senken. Gleichzeitig muss ein robuster und transparenter Markt für Kohlenstoffentfernungszertifikate etabliert werden, der langfristige finanzielle Anreize schafft. Nur durch eine Kombination aus drastischen Emissionsreduktionen und dem gezielten Einsatz von DAC können wir hoffen, die Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen und die negativen Auswirkungen des Klimawandels abzumildern.

Häufig gestellte Fragen

Wie unterscheidet sich Direct Air Capture von Carbon Capture an Punktquellen?

Direct Air Capture (DAC) filtert CO2 direkt aus der Umgebungsluft, wo es in geringer Konzentration vorliegt. Carbon Capture an Punktquellen hingegen fängt CO2 mit höherer Konzentration direkt an großen Emittenten wie Kraftwerken oder Industrieanlagen ab. DAC bietet flexible Standortwahl, während Punktquellen-CCUS an die Emittenten gebunden ist.

Ist Direct Air Capture wirtschaftlich rentabel?

Derzeit sind die Kosten für Direct Air Capture mit 200 bis über 1000 Euro pro Tonne CO2 noch sehr hoch und nicht flächendeckend rentabel. Um wirtschaftlich zu werden, müssen die Kosten durch technologische Fortschritte und Skaleneffekte auf unter 100 Euro pro Tonne fallen. Subventionen und ein stabiler Markt für Kohlenstoffentfernungszertifikate sind entscheidend für die Wirtschaftlichkeit.

Welche Unternehmen sind führend in der DAC-Technologie?

Führende Unternehmen in der Direct Air Capture-Technologie sind Climeworks (Schweiz) mit Feststoff-DAC, Heirloom Carbon (USA) mit einem calciumoxidbasierten Verfahren sowie 1PointFive (USA) und Carbon Engineering (Kanada) mit Flüssig-DAC-Lösungen. Diese Unternehmen entwickeln und betreiben bereits erste kommerzielle Anlagen und treiben die Skalierung voran.

Wie viel Energie verbraucht eine DAC-Anlage?

Der Energieverbrauch einer Direct Air Capture-Anlage ist beträchtlich und hängt stark vom verwendeten Verfahren ab. Schätzungen zufolge können für die Abscheidung und Freisetzung einer Tonne CO2 zwischen 1.500 und 5.000 Kilowattstunden (kWh) thermische und elektrische Energie benötigt werden. Um die Klimabilanz nicht zu belasten, muss diese Energie idealerweise aus erneuerbaren Quellen stammen.

Wo wird das abgeschiedene CO2 gespeichert oder verwendet?

Das durch Direct Air Capture abgeschiedene CO2 kann auf verschiedene Weisen behandelt werden. Eine Methode ist die geologische Speicherung (CCS) in tiefen, porösen Gesteinsschichten unter der Erde, etwa in ehemaligen Öl- und Gasfeldern oder Salzwasser-Aquiferen. Alternativ kann das CO2 stofflich genutzt werden (CCU), beispielsweise zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen (e-Fuels), Chemikalien, Kunststoffen oder als CO2-Quelle für Gewächshäuser.

Kann DAC die Klimakrise alleine lösen?

Nein, Direct Air Capture kann die Klimakrise nicht alleine lösen. Es ist ein wichtiges Werkzeug im Kampf gegen den Klimawandel, aber nur als Ergänzung zu drastischen und sofortigen Emissionsreduktionen. Ohne eine signifikante Senkung der Emissionen würde der Energie- und Flächenbedarf von DAC ins Unermessliche steigen. DAC ist gedacht, um schwer vermeidbare Restemissionen auszugleichen und historische CO2-Mengen aus der Atmosphäre zu entfernen.