Der dringende Bedarf an Kohlenstoffabscheidung
Die Kohlendioxid- (CO₂) Werte in unserer Atmosphäre sind auf Rekordhöhen und treiben den gefährlichen Klimawandel voran. Im Jahr 2024 erreichten die CO₂-Konzentrationen etwa 426 Teile pro Million – ungefähr 50 % höher als vorindustrielle Werte news.berkeley.edu. Die Reduzierung der Emissionen ist entscheidend, aber Experten sind sich einig, dass dies allein nicht ausreichen wird. Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) sagt, dass wir außerdem Milliarden Tonnen CO₂, die sich bereits in der Luft befinden, entfernen müssen, um die globalen Klimaziele zu erreichen reuters.com, news.berkeley.edu. Hier kommen Kohlenstoffabscheidungs-technologien ins Spiel: Sie fangen CO₂ an der Quelle (z. B. Kraftwerke oder Fabriken) und sogar direkt aus der Umgebungsluft ein, um „negative Emissionen“ zu erreichen. Wie ein Klimawissenschaftler sagte, ist es riskant, sich allein auf die Kohlenstoffentfernung zu verlassen – „Nur durch ehrgeizige Emissionsreduktionen in naher Zukunft können wir die Risiken wirksam verringern… [aber] die CO₂-Entfernung (CDR) könnte helfen, die Erwärmung zu verlangsamen“ reuters.comreuters.com. Kurz gesagt, wir brauchen Kohlenstoffabscheidung und -entfernung neben Emissionssenkungen, und jüngste Durchbrüche machen diese Technologien immer praktikabler.
Warum CO₂-Abscheidung? Schwer zu reduzierende Industrien (Zement, Stahl, Energie) stoßen weiterhin große Mengen CO₂ aus. Die CO₂-Abscheidung kann CO₂ aus deren Abgasen entfernen und so verhindern, dass es in die Luft gelangt. Zum Beispiel verursacht allein die Zementproduktion etwa 7–8 % der weltweiten CO₂-Emissionen, und das Abscheiden dieser „Prozess-Emissionen“ galt lange als sehr schwierig ccsnorway.com. Währenddessen können Direct Air Capture (DAC)-Systeme das verdünnte CO₂ aus der Umgebungsluft (etwa 0,04 % Konzentration) herausziehen – eine enorme Herausforderung, aber unerlässlich, wenn wir das bereits in der Atmosphäre angesammelte CO₂ senken wollen news.berkeley.edu. „Direct Air Capture wird als entscheidend angesehen, um den Anstieg der CO₂-Werte umzukehren… Ohne sie werden wir das Ziel, die Erwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen, nicht erreichen,“ stellte das Climate Change Center der UC Berkeley zusammenfassend zu den IPCC-Ergebnissen fest news.berkeley.edu.
Bis vor Kurzem war die CO₂-Abscheidung teuer, energieintensiv und meist auf Pilotprojekte beschränkt. Die herkömmliche Abscheidung nutzt flüssige Amine (Chemikalien, die CO₂ binden) in großen Waschtürmen, die für konzentrierte Abgase funktionieren, aber viel Energie verbrauchen – und sie sind für niedrige CO₂-Konzentrationen wie in der Luft nicht effizient news.berkeley.edu. In den Jahren 2024–2025 haben Wissenschaftler und Ingenieure weltweit jedoch neue Strukturen und Technologien vorgestellt, die versprechen, die CO₂-Abscheidung deutlich effizienter, erschwinglicher und skalierbarer zu machen. Von hochmodernen schwammartigen Materialien, die CO₂ aufsaugen, bis hin zu riesigen neuen Anlagen, die CO₂ in Tausenden Tonnen speichern, beschleunigen diese Innovationen das Rennen um die Reinigung unserer Atmosphäre.
Im Folgenden beleuchten wir die neuesten Durchbrüche bei der CO₂-Abscheidung – darunter fortschrittliche Materialien (metallorganische Gerüstverbindungen, kovalente organische Gerüstverbindungen, Sorbentien), neuartige Verfahren (von Hochtemperatur-Abscheidung bis zu solarbetriebener DAC) sowie große Projekte und Initiativen weltweit. Wir geben außerdem Einblicke von führenden Wissenschaftlern und Klimaexperten, was diese Entwicklungen für den Kampf gegen den Klimawandel bedeuten.
Fortschrittliche Materialien für die CO₂-Abscheidung: MOFs, COFs und Sorbentien
Eine große Revolution bei der Kohlenstoffabscheidung kommt aus der Materialwissenschaft. Forscher haben neue poröse Feststoffe mit erstaunlichen Fähigkeiten zur Aufnahme von CO₂-Molekülen entwickelt. Zwei Hauptakteure sind metal-organic frameworks (MOFs) und covalent organic frameworks (COFs) – kristalline Materialien mit nanometergroßen Poren, die wie Schwämme mit großer Oberfläche für Gase wirken. Diese Frameworks können tailor-made mit chemischen Gruppen ausgestattet werden, die sich an CO₂ anlagern, und bieten enorme Verbesserungen gegenüber herkömmlichen flüssigen Aminfiltern energiesmedia.comatoco.com.
- MOFs (Metall-Organische Gerüstverbindungen): MOFs bestehen aus Metallatomen, die durch organische Verbindungen verbunden sind und ein offenes Gitter mit einer inneren Oberfläche bilden, die so groß ist, dass „nur ein Gramm die äquivalente Oberfläche eines Fußballfeldes besitzt“ energiesmedia.com. Wissenschaftler können die Poren von MOFs mit funktionellen Gruppen (wie Amine oder anderen reaktiven Stellen) ausstatten, um gezielt CO₂ zu binden. MOFs werden seit über einem Jahrzehnt zur CO₂-Abscheidung erforscht, aber neue Formulierungen treiben die Leistung auf neue Höhen. So entdeckte beispielsweise Ende 2024 ein Team der UC Berkeley unter der Leitung von Prof. Jeffrey Long ein MOF, das CO₂ aus heißem Rauchgas – bei 300 °C, weit über den Grenzen herkömmlicher Materialien – abscheiden kann news.berkeley.edu. Dieses MOF, bekannt als ZnH-MFU-4𝓁, verwendet Zinkhydrid (ZnH)-Stellen in seinen Poren anstelle von Aminen, und diese erwiesen sich bei hohen Temperaturen als bemerkenswert stabil news.berkeley.edu. „Unsere Entdeckung ist bereit, die Sichtweise der Wissenschaftler auf die CO₂-Abscheidung zu verändern. Wir haben herausgefunden, dass ein MOF CO₂ bei beispiellos hohen Temperaturen binden kann … was zuvor als unmöglich galt“, sagte Dr. Kurtis Carsch, Mitautor der Studie news.berkeley.edu. Das Material erreichte über 90 % CO₂-Abscheidung in simuliertem Abgas (ein als „Tiefenabscheidung“ bezeichneter Wert), selbst bei ~300 °C, mit einer Kapazität, die mit den besten aminbasierten Sorbentien vergleichbar ist news.berkeley.edu. Das ist ein Wendepunkt für Industrien wie Zement und Stahl, bei denen die Abgase oft 200–400 °C erreichen news.berkeley.edu. Anstatt komplexe Kühlsysteme zu installieren, um herkömmliche Abscheidung zu nutzen, könnten solche Hochtemperatur-MOFs eines Tages direkt in Schornsteine integriert werden. Wie Prof. Long anmerkte: „Diese Arbeit zeigt, dass mit der richtigen Funktionalität – hier Zinkhydrid-Stellen – eine schnelle, reversible und hochkapazitive CO₂-Abscheidung tatsächlich bei hohen Temperaturen wie 300 °C möglich ist“ news.berkeley.edu. Forscher untersuchen nun Varianten dieses MOF und passen seine Metallstellen an, um andere Gase zu erfassen oder die Kapazität weiter zu steigern news.berkeley.edu.
- COFs (kovalente organische Gerüstverbindungen): COFs sind wie MOFs, aber ohne Metall – sie bestehen vollständig aus leichten Elementen (C, H, N, O), die durch starke kovalente Bindungen verbunden sind. Das kann sie unter bestimmten Bedingungen robuster machen. Im Oktober 2024 stellte ein Team unter der Leitung von Prof. Omar Yaghi (dem Erfinder von MOFs/COFs) und Prof. Laura Gagliardi COF-999 vor, ein neues CO₂-absorbierendes COF, das Forscher mit seiner Leistung verblüffte pme.uchicago.edu. COF-999 ist ein poröses Gitter, dessen hexagonale Kanäle „mit Polyaminen dekoriert“ sind – im Wesentlichen lange Ketten von Aminogruppen, die in den Poren wachsen pme.uchicago.edu. Diese Amine wirken wie molekulare Haken für CO₂. In Tests an der UC Berkeley konnte schon eine kleine Probe von COF-999 CO₂ vollständig aus der Umgebungsluft entfernen. „Wir haben Berkeley-Luft – einfach Außenluft – durch das Material geleitet, um zu sehen, wie es funktioniert, und es war wunderschön. Es hat die Luft vollständig von CO₂ gereinigt. Alles,“ berichtete Prof. Yaghi news.berkeley.edu. Laut den Forschern können 200 Gramm COF-999 (etwa ein halbes Pfund) 20 kg CO₂ pro Jahr aufnehmen, ungefähr so viel, wie ein ausgewachsener Baum absorbiert news.berkeley.edu. Wichtig ist, dass COF-999 außergewöhnlich stabil ist: Es zeigte keine Degradation über 100 Zyklen des Aufnehmens und Freisetzens von CO₂ pme.uchicago.edu. „Es ist sowohl chemisch als auch thermisch sehr stabil und kann mindestens 100 Zyklen verwendet werden,“ sagte Prof. Gagliardi pme.uchicago.edu. Diese Haltbarkeit löst ein großes Problem – viele frühere Materialien zerfielen nach wiederholtem Gebrauch, besonders durch Wasser oder Verunreinigungen in der Luft. Das Rückgrat von COF-999 besteht aus Olefin- (Kohlenstoff-Kohlenstoff-) Bindungen, die zu den stärksten in der Chemie gehören news.berkeley.edu. Im Gegensatz zu einigen MOFs, die in feuchter Luft oder unter basischen Bedingungen zerfielen, widersteht dieses COF Wasser, Sauerstoff und anderen Gasen news.berkeley.edu. „CO₂ aus der Luft zu binden ist sehr anspruchsvoll – man braucht hohe Kapazität, hohe Selektivität, Wasserstabilität, niedrige Regenerationstemperatur, Skalierbarkeit… Das ist eine große Herausforderung,“ erklärte Yaghi, „Dieses COF hat ein starkes Rückgrat, benötigt weniger Energie, und wir haben gezeigt, dass es 100 Zyklen standhält wohne Kapazitätsverlust. Kein anderes Material hat bisher eine solche Leistung gezeigt” news.berkeley.edu. Tatsächlich bezeichnete Yaghi COF-999 als „im Grunde das beste Material für die direkte Luftabscheidung“, das es bisher gibt news.berkeley.edu. Die CO₂-Aufnahme beträgt bis zu 2 Millimol pro Gramm Sorbens, womit es zu den leistungsstärksten Feststoffsorbentien gehört news.berkeley.edu. Und da es CO₂ bereits bei einer Erwärmung auf nur ~60 °C (140 °F) freisetzt, könnte es potenziell mit niedrigwertigen Wärmequellen regeneriert werden news.berkeley.edu. Das Team setzt bereits KI-Techniken ein, um noch bessere Strukturen zu entwerfen, mit dem Ziel, Materialien zu entwickeln, die „doppelt so viel CO₂“ aufnehmen können, bevor eine Regeneration nötig ist pme.uchicago.edu. Solche KI-gesteuerten Entdeckungen sind ein wachsender Trend: So haben beispielsweise Forschende der University of Illinois Chicago und des Argonne National Lab kürzlich ein rechnergestütztes Verfahren genutzt, um 120.000 hypothetische MOF-Strukturen zu untersuchen und vielversprechende für die CO₂-Abscheidung zu identifizieren energiesmedia.com. Yaghis Labor hat außerdem ein Start-up ausgegründet, Atoco, um diese retikulären Materialien für die Kohlenstoffabscheidung zu kommerzialisieren.
- Feste Sorbentien & andere Materialien: Über MOFs und COFs hinaus werden verschiedene neue feste Sorbentien getestet. Dazu gehören modifizierte Zeolithe, poröse Polymere, Ionenaustauscherharze und sogar bio-inspirierte Materialien. Viele sind mit Aminogruppen funktionalisiert, um CO₂ chemisch zu binden. Das Ziel ist es, eine hohe Kapazität und Selektivität für CO₂ zu erreichen und dabei weniger Energie für die Regeneration zu benötigen als flüssige Aminlösungen. Einige Start-ups erforschen enzymbasierte Sorbentien oder elektrochemische CO₂-Abscheidung (wobei Strom anstelle von Wärme zur Freisetzung von CO₂ genutzt wird). Andere, wie Heirloom Carbon in den USA, verfolgen einen anderen Ansatz: die Nutzung von natürlich vorkommenden Mineralien. Heirloom breitet Calciumoxid (aus Kalkstein gewonnen) aus, das passiv CO₂ aus der Luft aufnimmt, indem es zu Calciumcarbonat zurückreagiert, und erhitzt es dann, um reines CO₂ freizusetzen und das Oxid zu regenerieren. Dieser Mineral-Kreislauf-Ansatz nutzt günstige, reichlich vorhandene Materialien (im Grunde beschleunigte Kalksteinverwitterung). 2023–2024 konnte Heirloom bedeutende Investitionen zur Skalierung gewinnen – über 150 Millionen US-Dollar – und baut seine ersten kommerziellen Anlagen businesswire.com, heirloomcarbon.com. Obwohl langsamer als ventilatorgetriebene Systeme, kann mineralisches DAC kostengünstig sein und mit Wärme betrieben werden; Heirloom behauptet, dass <100 $/Tonne Entfernungskosten im großen Maßstab erreichbar sind. Unterdessen haben Membranen zur CO₂-Abscheidung schrittweise Verbesserungen erfahren, funktionieren aber hauptsächlich bei konzentrierten Gasen. Forscher entwickeln auch hybride Sorbentien (z. B. Enzyme oder flüssigkeitsähnliche Materialien auf festen Trägern zu binden), um die besten Eigenschaften zu kombinieren. Die Materiallandschaft wächst rasant, unterstützt durch KI-Design und Hochdurchsatztests. Wie ein Energie-Medienportal anmerkte, „hochentwickelte metallorganische Gerüstverbindungen… funktionieren wie molekulare Schwämme“, und in Kombination mit intelligenter Verfahrenstechnik (wie Vakuumwechselzyklen) haben neue Systeme bis zu 99 % CO₂-Abscheidung in Labortests gezeigt – weit über den 50–90 % älterer Technologien energiesmedia.com. Kurz gesagt, ermöglichen fortschrittliche Materialien eine effizientere CO₂-Abscheidung (in einigen Fällen >95–99 %) bei geringerem Energieverbrauch. So erreichte ein neuartiger MOF-Filter die gleiche CO₂-Abscheiderate mit etwa 17 % weniger Energie und 19 % geringeren Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Amin-Systemen energiesmedia.com. All diese Fortschritte sind entscheidend, denn ein geringerer Energieverbrauch bedeutet günstigeren Betrieb und einen kleineren Klima-Fußabdruck des Abscheidungsprozesses selbst.
Innovative CO₂-Abscheidungsprozesse und Synergien
Parallel zu neuen Materialien erfinden Ingenieure wie CO₂ eingefangen und freigesetzt wird neu, um den Prozess praktikabler zu machen. Herkömmliche CO₂-Abscheidung verwendet oft Temperatur- oder Druckwechseladsorption – man setzt ein Sorptionsmittel dem Gas aus, damit es CO₂ adsorbiert, und ändert dann die Bedingungen (erhitzt es oder senkt den Druck), um das CO₂ zur Speicherung freizusetzen. Neue Techniken verbessern diesen Zyklus:
- Feuchtewechsel- & Wassergewinnungs-Synergie: Eine bahnbrechende Idee im Jahr 2024 war, Wasserdampf zur Unterstützung der CO₂-Desorption zu nutzen. In einer im Nature Communications (Nov 2024) veröffentlichten Studie zeigten Forscher, dass ein Feuchteimpuls den Energiebedarf zur Regeneration von DAC-Sorptionsmitteln drastisch senken kann nature.com. Ihre Methode fängt sowohl Wasser als auch CO₂ aus der Luft mit einem festen Amin-Sorptionsmittel ein; dann, bei etwa 100 °C, wird konzentrierter Wasserdampf zugeführt, der das CO₂ effektiv abstößt. Das Verfahren lieferte 97,7 % reines CO₂ (bereit zur Speicherung oder Nutzung) und erzeugte gleichzeitig Frischwasser – und das alles ohne Vakuumpumpen oder Hochdruckdampferzeuger nature.com. Tatsächlich reichte eine einfache In-situ-Dampfspülung aus, um 98 % des eingefangenen CO₂ mit etwa 20 % weniger Energie zurückzugewinnen nature.com. Noch beeindruckender: Sie demonstrierten einen Prototyp, der vollständig mit Solarwärme betrieben wurde, was das Potenzial für DAC-Einheiten zeigt, die in abgelegenen Gebieten mit erneuerbarer Energie laufen nature.com. Dieses „verteilte DAC“-Konzept – Nutzung von Sonnenlicht und Umgebungsfeuchte – könnte eine erschwingliche CO₂-Entfernung in wasserarmen Regionen ermöglichen und gleichzeitig Wasser erzeugen. Es ist eine clevere Wendung des Problems: Wasser gilt normalerweise als Störfaktor bei der CO₂-Abscheidung (feuchte Luft macht viele Sorptionsmittel weniger effektiv), aber hier wird Wasser zum Vorteil, um die Freisetzung von CO₂ zu unterstützen.
- Energieeffiziente Regeneration: Ein weiterer Schwerpunkt liegt darauf, die Effizienz beim CO₂-Freisetzungsschritt zu steigern. Ein Beispiel ist die Wärmerückgewinnung. Beim weltweit ersten CO₂-Abscheidungsprojekt in einer Zementfabrik in Norwegen (später besprochen) setzten Ingenieure ein Carbon Capture Heat Recovery-System ein: Abwärme aus dem CO₂-Kompressor wird recycelt, um Dampf zu erzeugen, der den Aminwäscher antreibt und etwa ein Drittel der für die Regeneration benötigten Wärme liefert man-es.com. Durch die Wiederverwendung von sonst verlorener Wärme senkt das System die Energieverluste der Abscheidung erheblich man-es.com. Die digitale Optimierung des Prozesses verkürzte zudem die Anlaufzeiten und eliminierte einige unnötige Komponenten, wodurch das System flexibler im Betrieb wurde man-es.comman-es.com. Ähnlich verwenden viele neue Abscheidesysteme Vakuum- oder Druckwechseladsorption mit fortschrittlichen Sorbentien, um das Erhitzen ganz zu vermeiden: Sie erzeugen ein Vakuum, um CO₂ bei Umgebungstemperatur aus dem Sorbens zu lösen und sparen so Energie. Einige Designs wechseln zwischen zwei oder mehr Sorbensbetten, sodass eines CO₂ aufnimmt, während das andere regeneriert wird, was einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht (so funktionieren die DAC-Module von Climeworks, die Niederdruckdampf oder Vakuum zur Regeneration ihrer Filter nutzen).
- Elektrochemische und katalytische Ansätze: Abseits von Wärme- und Druckwechseln entwickeln Unternehmen CO₂-Abscheidung mit stromgetriebenen Verfahren. Zum Beispiel entwickelt ein MIT-Spin-off namens Verdox electro-swing adsorption, bei der durch Anlegen einer Spannung die Affinität eines Materials für CO₂ verändert wird – das Sorbens wird sozusagen „aufgeladen“, um CO₂ aufzunehmen, und dann „entladen“, um das CO₂ wieder abzugeben, ohne nennenswerte Erwärmung. Dies könnte mit erneuerbarem Strom betrieben und modular skaliert werden. Andere Forscher fügen Katalysatoren zu lösungsmittelbasierten Systemen hinzu, um die für die CO₂-Freisetzung benötigte Energie zu senken (z. B. Carboanhydrase-Enzyme oder Metallkatalysatoren, die helfen, die CO₂-Amin-Bindung bei niedrigeren Temperaturen zu lösen). Während sich diese Ansätze größtenteils noch in der Forschung und Entwicklung befinden, stellen sie eine vielversprechende Möglichkeit dar, die Energiekosten der Abscheidung durch intelligentere Chemie statt durch reine Wärmezufuhr zu senken.
- Hybridsysteme (CCUS): Einige neue Anlagen kombinieren CO₂-Abscheidung mit sofortiger Nutzung, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Zum Beispiel gibt es Designs für Direct Air Capture to Fuels, bei denen CO₂ aus der Luft in einen Reaktor (mit grünem Wasserstoff) geleitet wird, um synthetische Kraftstoffe herzustellen. Es gibt Pilotprojekte, die DAC-Einheiten mit Kraftstoffsynthese oder mit der Betonproduktion koppeln (Mineralisierung von CO₂ in Baumaterialien). In einem bemerkenswerten Projekt wird die DAC-Technologie von Carbon Engineering mit der Kraftstoffsynthese von Air Company in einer geplanten Anlage kombiniert, um Flugbenzin aus atmosphärischem CO₂ herzustellen. Ein weiteres Hybridkonzept ist BECCS (Bioenergie mit CCS), bei dem Biomassekraftwerke ihre CO₂-Emissionen abscheiden – was zu Netto-Negativemissionen führt, da das CO₂ aus dem von den Pflanzen gebundenen atmosphärischen Kohlenstoff stammt. Solche Innovationen stehen noch am Anfang, könnten aber Einnahmequellen (Kraftstoffe, Produkte) schaffen, die die Kosten der Abscheidung ausgleichen und so die Skalierung der Technologie unterstützen.
Insgesamt lautet das Thema Effizienz und Integration: CO₂-Abscheidungseinheiten sollen mehr wie intelligente Maschinen funktionieren, die CO₂ mit minimalem Energieaufwand „ernten“ und dabei oft natürliche Prozesse nutzen (wie Wasserkreislauf, Abwärme oder erneuerbare Energie). Diese Prozessinnovationen, kombiniert mit den fortschrittlichen Materialien, führen zu rekordverdächtigen Leistungen in Laboren und ersten Demonstrationen. So erreichte ein Team kürzlich mit einem maßgeschneiderten MOF-Filter und einem Vakuum-Swing-Zyklus 99% CO₂-Entfernung in Labortests und verbrauchte dabei etwa 17% weniger Energie als ältere Methoden energiesmedia.com, energiesmedia.com. All diese Verbesserungen bringen uns dem Traum einer kosteneffizienten Kohlenstoffabscheidung im großen Maßstab näher.
Kohlenstoffabscheidung an der Quelle: Die Industrie sauber machen
CO₂-Abscheidung an Punktquellen – wie Kraftwerken, Fabriken und Raffinerien – ist ein entscheidender Bestandteil der Klimaschutzmaßnahmen. Diese Quellen erzeugen CO₂ in hoher Konzentration und Menge, sodass die Abscheidung hier große Emissionen daran hindern kann, überhaupt in die Atmosphäre zu gelangen. Mehrere wichtige Entwicklungen in den Jahren 2024–2025 haben die Kohlenstoffabscheidung an Punktquellen vorangebracht:
- Zement & Stahl – Erste Projekte im industriellen Maßstab: Anfang 2025 erreichte Norwegens Longship-Projekt zur CO₂-Abscheidung und -Speicherung einen historischen Meilenstein: Die Brevik CCS-Anlage wurde zur weltweit ersten CO₂-Abscheideanlage im industriellen Maßstab in einer Zementfabrik ccsnorway.com. Nach Abschluss der Bauarbeiten Ende 2024 begann Brevik CCS mit der Abscheidung von CO₂ aus dem Zementwerk von Heidelberg Materials in Brevik, Norwegen. Bis Mai 2025 hatte die Anlage bereits ihre ersten 1.000+ Tonnen CO₂ während der Inbetriebnahmetests sicher abgeschieden ccsnorway.com. Nach vollständiger Inbetriebnahme wird sie 400.000 Tonnen CO₂ pro Jahr abscheiden und damit etwa 50 % der Emissionen des Werks eliminieren man-es.com. Dieses CO₂ wird vor Ort verflüssigt und im Rahmen des Northern Lights-Projekts ccsnorway.com zu einem dauerhaften Speicher unter der Nordsee transportiert. Dies ist ein Durchbruch für die Schwerindustrie – wie Gassnova (Norwegens CCS-Agentur) erklärte: „Der Zementsektor ist für 7–8 % der weltweiten CO₂-Emissionen verantwortlich… Die Abscheidung von Prozessemissionen aus dieser Industrie galt lange als äußerst herausfordernd. Dass Brevik CCS nun tatsächlich CO₂ abscheidet, ist ein Durchbruch… technologisch und industriell“ ccsnorway.com. Es beweist, dass selbst schwer vermeidbare industrielle CO₂-Emissionen im großen Maßstab abgeschieden werden können. Als nächstes wird eine norwegische Müllverbrennungsanlage in Oslo voraussichtlich 2026 mit CO₂-Abscheidung (~400.000 Tonnen/Jahr) in Betrieb gehen und damit CCS in weiteren Sektoren demonstrieren.
- Hochtemperatur-Abscheidung für die Industrie: Ein großes Hindernis für Industrien wie Stahl und Zement war, dass ihre Abgase zu heiß für herkömmliche CO₂-Wäscher sind (diese benötigen auf ~40–60 °C abgekühlte Gase). Das Abkühlen dieser Gase kostet Energie und Wasser und erschwert die Einführung news.berkeley.edu. Das neue Zinkhydrid-MOF der UC Berkeley (bereits erwähnt) geht dieses Problem direkt an: Es fängt CO₂ bei 300 °C ab, was typisch für Zement-/Stahl-Abgasströme ist news.berkeley.edu. In Tests, die reale Abgase simulierten (20–30 % CO₂, mit anderen Gasen), fing dieses MOF über 90 % des CO₂ selbst bei ofenähnlichen Temperaturen ab news.berkeley.edu. Solche Materialien könnten die Nachrüstung von Abscheidesystemen an Industrieöfen ermöglichen, ohne große Kühler zu benötigen. Wie Dr. Carsch anmerkte, eröffnet dies „neue Richtungen in der Trennungswissenschaft“ – die Entwicklung von Sorbentien, die unter extremen Bedingungen arbeiten news.berkeley.edu. Derzeit verwenden die meisten Punktquellen-Abscheideprojekte weiterhin verbesserte Amin-Lösungsmittel oder auf Ammoniak basierende Abscheidung, aber auch diese werden weiterentwickelt. China hat beispielsweise 2024 angekündigt, Kohlenstoffabscheidung an mehreren Kohlekraftwerken zu erproben bis 2027, parallel zu Versuchen mit Biomasse- und Ammoniakmitverbrennung zur Emissionsminderung spglobal.com. Chinesische Ingenieure haben eigene lösungsmittelbasierte Abscheidesysteme und sogar Membrankontaktoren für Kraftwerksabgase entwickelt. Mit wachsender politischer Unterstützung (Chinas Richtlinien von 2024 haben CCUS in die offizielle Dekarbonisierungs-Roadmap aufgenommen climateinsider.com), erwarten wir bald großtechnische Demonstrationsanlagen zur Abscheidung an Kohle- und Gaskraftwerken in Asien.
- Erdgaskraftwerke mit CCS: In den USA und Großbritannien schreiten die Pläne voran, die ersten erdgasbefeuerten Kraftwerke mit vollständiger CO₂-Abscheidung zu bauen. In der britischen Teesside-Region soll das Projekt Net Zero Teesside ein neues Gaskraftwerk bis Ende dieses Jahrzehnts mit CCS ausstatten und das CO₂ zur Speicherung in die Nordsee leiten. In den USA hat NET Power (ein amerikanisches Start-up) ein Allam-Zyklus-Kraftwerk entwickelt, das durch die Verbrennung von Erdgas mit reinem Sauerstoff in einem CO₂-Medium von Natur aus einen reinen CO₂-Strom erzeugt – im Wesentlichen ein Kraftwerkszyklus, der flüssiges CO₂ zur Sequestrierung bereitstellt. Ein 300-MW-NET-Power-Kraftwerk soll bis 2026 in Texas ans Netz gehen und könnte damit die erste emissionsfreie Gaskraftanlage ihrer Art werden. Diese integrierten Designs könnten sauberen Strom erzeugen und dabei nahezu 100 % des entstehenden CO₂ abscheiden.
- Günstigere Lösungsmittel und modulare Systeme: Eine Reihe von Unternehmen arbeitet an schrittweise verbesserten Technologien zur Punktquellenabscheidung – zum Beispiel haben Mitsubishi Heavy Industries und Aker Carbon Capture beide verbesserte Amin-Lösungsmittelsysteme eingesetzt, die den Energieverbrauch im Vergleich zu älteren Aminen um etwa 30 % senken, dank proprietärer Chemie, die CO₂ genauso fest bindet, es aber leichter freisetzt. Modulare Abscheidungseinheiten (skid-montiert) werden vermarktet, die beispielsweise 30–100 Tonnen CO₂ pro Tag von kleinen industriellen Emittenten (wie Ethanolanlagen oder Zementöfen) ohne massive Infrastruktur abscheiden können. Diese kleineren Einheiten können vervielfacht werden, um die Kapazität zu erhöhen. In Japan hat die Regierung ein Ziel für 2030 gesetzt, 6–12 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr abzuscheiden (einschließlich aus der Industrie) und fördert F&E zu Lösungsmitteln der nächsten Generation und Adsorptionsmethoden iea.org. Das Ziel ist, die Kohlenstoffabscheidung plug-and-play für viele Anlagen zu machen, statt jedes Mal maßgeschneiderte Megaprojekte zu bauen.
Insgesamt befindet sich die Kohlenstoffabscheidung an Punktquellen 2024–2025 im Übergang vom Pilotstadium zu realen Projekten, die CO₂ aus industriellen Prozessen abfangen. Mit ersten Anlagen wie Brevik, die zeigen, dass es machbar ist, liegt der Fokus nun auf der Senkung von Kosten und Energieverbrauch – wobei neue Materialien und Verfahren eine große Rolle spielen werden. Die ultimative Vision ist, dass in naher Zukunft ein Kohlekraftwerk oder eine Zementfabrik ein modulares Abscheidungssystem mit fortschrittlichen Sorbentien (vielleicht MOF-Pellets oder ähnlichem) nachrüsten könnte, das >90 % des CO₂ selbst aus heißem, schmutzigem Abgas entfernt und dieses CO₂ dann entweder in Produkte recycelt oder sicher unterirdisch einlagert. Wenn sich diese Lösungen durchsetzen, können sie den CO₂-Fußabdruck wichtiger Industrien während des Übergangs zu saubereren Alternativen deutlich verringern.
Direct Air Capture: CO₂ direkt aus der Luft holen
Während die Punktquellenabscheidung neue Emissionen verhindert, zielt Direct Air Capture (DAC) darauf ab, tatsächlich das bereits in der Atmosphäre befindliche CO₂ zu reduzieren. DAC wird oft mit einem „atmosphärischen Staubsauger“ verglichen – eine gewaltige Aufgabe, da CO₂ nur etwa 0,04 % der Luft ausmacht. Doch 2024–2025 machte DAC greifbare Fortschritte, mit neuen Anlagen, die in Betrieb gingen, und besseren Sorbentien, die den Prozess praktikabler machen.
Hochskalierung von DAC-Anlagen: Im Mai 2024 hat das Schweizer Unternehmen Climeworks die bisher weltweit größte DAC-Anlage, genannt Mammoth, in Island in Betrieb genommen climeworks.com. Mammoth ist etwa 10-mal größer als die bisherige Orca-Anlage von Climeworks. Sobald sie vollständig in Betrieb ist, werden ihre 72 modularen CO₂-Kollektoren bis zu 36.000 Tonnen CO₂ pro Jahr aus der Luft abscheiden climeworks.com. Die Anlage wird mit Islands erneuerbarer geothermischer Energie betrieben; nach der Abscheidung wird das CO₂ an Carbfix, einen isländischen Partner, übergeben, der es tief unter der Erde einspeist, wo es zu Stein mineralisiert climeworks.com. Mammoth begann 2024 mit der Installation von 12 seiner Kollektoreinheiten und hat begonnen, „sein erstes CO₂ abzuscheiden“, die Fertigstellung wird bis Ende 2024 erwartet climeworks.com. Climeworks-Co-CEO Jan Wurzbacher bezeichnete dies als „einen weiteren Beweis auf unserem Weg zur Skalierung auf Megatonnen-Kapazität bis 2030 und Gigatonnen bis 2050“ und betonte, dass das Unternehmen unschätzbare Praxiserfahrung sammelt, wie DAC im großen Maßstab optimiert werden kann climeworks.com. Tatsächlich hat Climeworks bereits sieben Jahre Felderfahrung gesammelt und verarbeitet 200 Millionen Datenpunkte täglich aus seinen Anlagen, um die Leistung zu verbessern climeworks.com. Die Erkenntnisse aus Mammoth werden in noch größere Projekte einfließen: Climeworks ist Teil von drei vorgeschlagenen „Megatonnen“-DAC-Hubs in den Vereinigten Staaten, die 2023 alle vom US-Energieministerium für eine Anfangsfinanzierung ausgewählt wurden climeworks.com. Das größte davon, Project Cypress in Louisiana, erhielt Anfang 2023 50 Millionen Dollar zur Anschubfinanzierung der Planung; es soll nach Fertigstellung 1 Million Tonnen CO₂ pro Jahr abscheiden climeworks.com. Diese US-DAC-Hubs sollen reichlich vorhandene erneuerbare Energien und geologische Speicher nutzen, um DAC dramatisch zu skalieren.
Die USA setzen insbesondere stark auf DAC. Im Jahr 2022 stellte die Regierung 3,5 Milliarden US-Dollar für regionale DAC-Zentren bereit. Ende 2024 startete das Energieministerium eine neue Förderrunde über 1,8 Milliarden US-Dollar, um bis zu 9 neue DAC-Anlagen zu unterstützen, die von mittelgroß (2.000–25.000 Tonnen/Jahr CO₂-Abscheidung) bis zu groß (≥25.000 Tonnen/Jahr) reichen, sowie „Hub“-Infrastruktur, um sie mit Speicher- oder Nutzungsstandorten zu verbinden energy.gov. Dieses Programm sucht ausdrücklich nach „transformativen“ DAC-Technologien und wird vielversprechenden Designs helfen, die Lücke vom Pilot- zum kommerziellen Maßstab zu überbrücken energy.gov. Energieministerin Jennifer Granholm betonte, dass der breite Einsatz von DAC entscheidend für die US-Klimaziele und eine neue saubere Industrie sei. Mehrere prominente Projekte sind bereits in Bewegung: Die Tochtergesellschaft 1PointFive von Occidental Petroleum (in Partnerschaft mit Carbon Engineering) erhielt 2024 eine Förderung von bis zu 500 Millionen US-Dollar vom DOE, um eine DAC-Anlage in Südtexas zu bauen 1pointfive.com. Die anfänglichen 50 Mio. US-Dollar werden für die Planung und Ausrüstung einer Anlage verwendet, die darauf ausgelegt ist, 500.000 Tonnen CO₂ pro Jahr aus der Luft abzuscheiden, mit Plänen zur Skalierung auf 1 Million Tonnen/Jahr und schließlich bis zu 30 Millionen/Jahr an diesem Standort 1pointfive.com. „Großtechnische DAC ist eine der wichtigsten Technologien, um Organisationen und der Gesellschaft zu helfen, Netto-Null zu erreichen,“ sagte Occidental-CEO Vicki Hollub, lobte die Unterstützung des DOE und zeigte sich zuversichtlich, „CO₂-Entfernung im klimarelevanten Maßstab“ zu liefern 1pointfive.com. Das DAC-Zentrum in Südtexas wird das Hochtemperatur-DAC-Verfahren von Carbon Engineering nutzen (das Kaliumhydroxidlösungen und riesige Kontaktoren verwendet, um CO₂ zu absorbieren, und dann durch Kalzinierung einen reinen CO₂-Strom regeneriert). Bemerkenswert ist, dass der Standort King Ranch, TX, unterirdische salzhaltige Formationen besitzt, die bis zu 3 Milliarden Tonnen CO₂ speichern können, was einen jahrzehntelangen Betrieb ermöglicht 1pointfive.com. Durch die Kopplung von Abscheidung und Speicherung an einem Ort werden die Logistik vereinfacht und es könnte eine Blaupause für zukünftige DAC-Farmen werden.Globale Beteiligung: DAC ist nicht nur ein US-/Europa-Projekt. Im Juli 2024 gab China bekannt, dass „CarbonBox“, sein erstes selbst entwickeltes DAC-Modul, Zuverlässigkeitstests bestanden hat news.cgtn.com. Entwickelt von der Shanghai Jiao Tong University und dem staatlichen Unternehmen CEEC, ist CarbonBox eine ein Schiffscontainer großes Gerät, das über 100 Tonnen CO₂ pro Jahr aus der Luft abscheiden kann, mit einer angegebenen Abscheideeffizienz von 99 % news.cgtn.com. Es soll Asiens bisher größtes DAC-Modul sein, und mehrere Einheiten könnten modular eingesetzt werden, um jährlich Millionen-Tonnen-Maßstab zu erreichen news.cgtn.com. Jede CarbonBox-Einheit, etwa so groß wie ein Standardcontainer, kann in einer Fabrik gebaut und getestet und dann zum Einsatzort verschifft werden – ein sehr ähnlicher Ansatz wie bei Climeworks oder Carbon Engineering für den modularen DAC-Einsatz. Chinas Interesse an DAC passt zu seiner enormen Kapazität an erneuerbaren Energien, die diese Systeme antreiben könnten. Auch anderswo steigen Start-ups in Kanada, Australien und dem Nahen Osten in das Feld ein. Zum Beispiel entwickelt CarbonCapture Inc. in den USA modulare DAC-Einheiten mit MOF-Sorbentien und hat ein Projekt in Wyoming, das erneuerbare Energien und mineralische Speicherung nutzt. In Kenia plant ein Unternehmen namens Octavia Carbon, Afrikas erste DAC-Anlage zu bauen (und wurde als XPRIZE-Finalist ausgewählt), wobei geothermische Energie aus dem Rift Valley genutzt wird. Das Feld wird wirklich global, mit Wissensaustausch durch Initiativen wie die Mission Innovation „Carbon Dioxide Removal“ und den XPRIZE-Wettbewerb.Bahnbrechende Sorbentien für DAC: Wir haben bereits über COF-999 gesprochen, das neue Spitzensorbens für DAC, das „die Luft vollständig von CO₂ gereinigt hat“ in Tests news.berkeley.edu. Solche Materialien werden zentral für die Verbesserung von DAC sein. Als Climeworks vor einem Jahrzehnt startete, wurden kommerzielle Sorbensfilter (fest unterstützte Amine) verwendet, die einige Dutzend Milligramm CO₂ pro Gramm Filter aufnahmen. Neue MOFs und COFs können hunderte Milligramm pro Gramm aufnehmen, was potenziell einen Kapazitätssprung um eine Größenordnung bedeutet. Das heißt kleinere, effizientere DAC-Einheiten. Die Stabilität von COF-999 in feuchter Luft löst zudem ein großes Problem – frühere DAC-Sorbentien zersetzten sich oft durch Feuchtigkeit oder erforderten das Vortrocknen der Luft (was Energie verschwendet) nature.com. Mit wasserbeständigen Sorbentien wie COF-999 können DAC-Einheiten in realer Außenluft ohne aufwändige Vorbehandlung betrieben werden. Ein weiterer vielversprechender Ansatz ist die Regeneration bei niedrigeren Temperaturen anzustreben. Einige neue Sorbentien können bei 80–100 °C regeneriert werden, was bedeutet, dass Abwärme oder Solarthermie den DAC-Zyklus antreiben könnten (wie die Nature-Studie mit Wasserdampf-Spülung bei ~100 °C zeigte nature.com). So wird vermieden, zusätzlich Brennstoff für Wärme zu verbrennen, was die Netto-Kohlenstoffbilanz günstiger macht. Mehrere Forschungsgruppen untersuchen auch Direct Air Capture mit Metalloxiden, die CO₂ freisetzen, wenn sie elektrochemisch reduziert werden, und so eine Alternative zum thermischen Zyklus bieten.
Kosten- und Energieentwicklung: Historisch war DAC sehr energieintensiv – frühe Climeworks-Anlagen benötigten ~2.000 kWh Wärme plus 500 kWh Strom pro Tonne CO₂, und die Kosten lagen bei etwa $600–$1000 pro Tonne. Die neuen Technologien zielen darauf ab, dies drastisch zu senken. Climeworks hat die genauen Zahlen für Mammoth nicht veröffentlicht, aber sie behaupten, dass jede Anlagengeneration besser wird. Der Ansatz von Carbon Engineering (Hochtemperatur-Chemie) schätzt einen Energieverbrauch von etwa 8 GJ (2.200 kWh) Erdgas pro Tonne und Kosten von ~$250/Tonne in ihrer ersten Großanlage, mit Potenzial, bei Skalierung unter $150 zu fallen. Mit Materialien wie COF-999 und verbesserten Prozessen prognostizieren einige Forscher, dass DAC innerhalb eines Jahrzehnts unter $100 pro Tonne kommen könnte – ein wichtiger Meilenstein für den breiten Einsatz, da dies ungefähr die Kosten sind, bei denen das Herausziehen von Kohlenstoff aus der Luft zu einer praktikablen Klimaschutzmaßnahme neben anderen wird. Staatliche Unterstützung hilft, die Kosten zu senken: Der US-Steuervorteil 45Q bietet jetzt $180 pro Tonne für aus der Luft entferntes und gespeichertes CO₂ und schafft so einen Anreiz für frühe Projekte. Im freiwilligen Kohlenstoffmarkt haben Unternehmen wie Microsoft, Stripe und Shopify über Vorauszahlungsvereinbarungen (z. B. über Frontier Climate) Gelder in DAC investiert und zahlen jetzt Premiumpreise, um Unternehmen beim Hochskalieren zu helfen und die künftigen Kosten zu senken.
Bemerkenswert ist, dass Microsoft 2023 zugestimmt hat, über 10 Jahre hinweg 315.000 Tonnen CO₂-Entfernung von Heirloom und CarbonCapture Inc. zu kaufen – ein starkes Vertrauensvotum für DAC-Technologie. Und 2024 begann der globale Luftfahrtsektor im Rahmen der Jet Zero-Initiative, in DAC als Quelle für CO₂-Zertifikate zu investieren, um Emissionen aus dem Flugverkehr auszugleichen (zum Beispiel investierte der Nachhaltigkeitsfonds von United Airlines in eine zukünftige DAC-Anlage). All dies signalisiert, dass Direct Air Capture, einst ein Science-Fiction-Konzept, schnell zu einer Industrie wird. „DAC ist insbesondere nicht nur ein Konzept, sondern eine greifbare Industrie“, stellte ein Bericht zum Climeworks DAC Summit 2023 fest climeworks.com. Dennoch ist der erforderliche Maßstab enorm – einige Studien legen nahe, dass bis zur Mitte des Jahrhunderts Milliarden Tonnen pro Jahr entfernt werden müssen, um den Klimawandel wirksam zu begrenzen reuters.com. Derzeit befinden wir uns auf dem Kilotonnen-pro-Jahr-Niveau, sodass eine 1.000- oder 1.000.000-fache Skalierung die große Herausforderung der Zukunft ist. Der XPRIZE 2025 für CO₂-Entfernung wird 50 Millionen Dollar an Teams vergeben, die tragfähige Wege zur Skalierung auf über 1.000 Tonnen/Tag Entfernung demonstrieren können – was die Dringlichkeit und das Ausmaß des Bedarfs unterstreicht.
Staatliche und private Initiativen treiben den Fortschritt voran
In Anerkennung der Bedeutung der CO₂-Abscheidung haben Regierungen und Industrien weltweit in den letzten zwei Jahren große Initiativen gestartet:
- Vereinigte Staaten – „Carbon Capture Moonshot“: Die USA haben sich als Vorreiter bei der Finanzierung von CO₂-Abscheidung und -Entfernung etabliert. Über das bereits erwähnte DAC-Hub-Programm (3,5 Mrd. USD) hinaus investiert das Office of Fossil Energy and Carbon Management des Energieministeriums auch in punktuelle CO₂-Abscheidung – zum Beispiel in Forschung und Entwicklung für die nächste Generation der Abscheidung bei Gaskraftwerken und Industrieanlagen, und Pilotprojekte wie Project Cypress werden auch CO₂ aus einer Ethanolanlage zusätzlich zu DAC abscheiden. 2024 kündigte das DOE außerdem 2,6 Mrd. USD für den Ausbau der CO₂-Transport- und Speicherinfrastruktur an (z. B. Pipelines und Speicherbohrungen) efifoundation.org, da die Abscheidung von CO₂ nur dann sinnvoll ist, wenn man es sicher speichern oder nutzen kann. Das umfassendere Klimagesetz der Biden-Regierung (Inflation Reduction Act) hat die 45Q-Steuergutschrift deutlich erhöht (jetzt bis zu 85 USD/Tonne für gespeichertes punktuelles CO₂ und 180 USD/Tonne für gespeichertes DAC-CO₂), was eine Welle geplanter CO₂-Abscheidungsprojekte in den Bereichen Energie, Ethanol und Industrie ausgelöst hat, da Unternehmen versuchen, Gutschriften zu erhalten. Beispielsweise erwägen mehrere Gaskraftwerke in Louisiana und Kalifornien nun die Nachrüstung mit Abscheidungseinheiten, um 45Q zu beanspruchen. Die Regierung unterstützt weiterhin Enhanced Oil Recovery (EOR) mit CO₂ – obwohl umstritten, speichert CO₂-EOR (Einspeisung von abgeschiedenem CO₂ in Ölfelder zur Steigerung der Ölproduktion) einen Teil des CO₂ und kann Einnahmen zur Deckung der Abscheidungskosten liefern. Ein Teil des CO₂ aus dem texanischen DAC-Hub könnte zunächst für EOR verwendet werden. Darüber hinaus finanziert die USA Speicherzentren (wie salzhaltige Formationen an der Golfküste und im Mittleren Westen), die CO₂ aus vielen Abscheidungsstandorten aufnehmen können. All diese Maßnahmen schaffen ein Ökosystem für das CO₂-Management.
- Europa – Politik und Projekte: Auch die EU und das Vereinigte Königreich investieren stark in die CO₂-Abscheidung, mit Schwerpunkt auf der Dekarbonisierung der Industrie. Die britische Regierung hat 2023 zwei Industriecluster (Humber und Liverpool Bay) als Track-1-CCUS-Cluster ausgewählt, die Förderung und Unterstützung erhalten. Diese Cluster planen, bis etwa 2030 mehrere Fabriken und Kraftwerke mit CO₂-Abscheidung auszustatten, verbunden mit gemeinsamen CO₂-Pipelines, die zur Offshore-Speicherung in der Nordsee führen. Zu den Projekten gehören die Drax-Bioenergie mit CCS (BECCS)-Anlage – mit dem Ziel, 8 Millionen Tonnen/Jahr aus einem Biomassekraftwerk abzuscheiden – und das Net Zero Teesside-Kraftwerk mit CCS. Der Innovationsfonds der EU hat mehreren CCS-Projekten Mittel gewährt, etwa einer CO₂-Abscheidungsanlage in einer Dyneema-Fabrik in den Niederlanden und DAC-Projekten mit Climeworks und Carbfix in Island (die beim Bau von Orca und Mammoth geholfen haben) climate.ec.europa.eu. 2024 schlug die EU außerdem ein verbindliches Ziel vor, 5–10 % der Emissionen bis 2040 durch CDR zu entfernen, was im Wesentlichen vorschreibt, dass die Mitgliedstaaten Maßnahmen wie DAC oder Wiederaufforstung einsetzen, um CO₂ aus der Atmosphäre zu entfernen climeworks.com. Norwegen plant neben Longship auch „Longship 2“, um die CO₂-Infrastruktur auszubauen und möglicherweise weitere Abscheidungsstandorte hinzuzufügen (z. B. Wasserstoffproduktion mit CCS). Und in ganz Europa laufen zahlreiche Pilotanlagen – von einer Schweizer Anlage, die CO₂ aus dem Rauchgas einer Müllverbrennungsanlage abscheidet, bis zu einem spanischen Projekt, das neue Membranen zur Abscheidung von CO₂ aus Zementwerken testet. Wichtig ist, dass Europa einen Rechtsrahmen für die Zertifizierung von CO₂-Entnahmen entwickelt, damit Unternehmen in hochwertige Entnahmen (wie DAC) investieren und diese nachweislich auf ihre Klimaziele anrechnen können.
- Asien und Naher Osten: Wir haben Chinas Einstieg in DAC mit CarbonBox gesehen. China betreibt außerdem einige der weltweit größten Pilotanlagen zur Punktquellenabscheidung – zum Beispiel eine Anlage in Jiangsu, die 500.000 Tonnen/Jahr aus einer Kohle-zu-Chemie-Anlage abscheidet, um sie zur Herstellung von Backpulver zu verwenden. Staatskonzerne wie Sinopec bauen CO₂-Abscheidungsanlagen an Raffinerien und petrochemischen Anlagen (das CO₂ wird für EOR oder Chemikalien genutzt). Im Nahen Osten haben Saudi-Arabien und die VAE Pläne für massive CO₂-Abscheidungsprojekte als Teil ihrer Netto-Null-Versprechen angekündigt (z. B. umfasst das saudische NEOM-Projekt DAC-Ambitionen, und die ADNOC der VAE erweitert ihre CO₂-Abscheidung aus der Gasverarbeitung). Bemerkenswert ist, dass Direct Air Capture auf der COP28 Ende 2023/Anfang 2024, die von den VAE ausgerichtet wurde, hervorgehoben wurde – es gab sogar eine Live-Demo-DAC-Anlage vor Ort. Beide wohlhabenden Golfstaaten haben ideale Bedingungen für DAC: günstiges Land, viel Solarenergie und geeignete Geologie für die CO₂-Speicherung. Wir könnten sehen, dass einige der ersten DAC-„Farmen“ im Gigatonnenmaßstab in diesen Regionen gebaut werden, wenn die Kosten sinken.
- Privatsektor und Startups: Dutzende Startups wetteifern darum, Innovationen im Bereich der CO₂-Abscheidung zu entwickeln. Neben den bereits genannten (Climeworks, Carbon Engineering/1PointFive, Heirloom, CarbonCapture Inc., Octavia, Verdox) gehören dazu auch Global Thermostat (entwickelte ein DAC-Verfahren mit aminbeschichteten porösen Sorbentien auf gerillten Paneelen), Svante (verwendet Feststoff-Sorbensfilter in einem rotierenden Bett zur Punktquellenabscheidung; sie behaupten, ihre MOF-basierten Filter könnten CO₂ für weniger als 50 $/Tonne in industriellen Umgebungen abscheiden) und Mission Zero (mit Sitz im Vereinigten Königreich, arbeitet an elektrochemischer DAC). Öl- und Gasunternehmen investieren in viele dieser Firmen – Occidental in Carbon Engineering, Chevron in Svante, United Airlines in Unternehmen zur CO₂-Entfernung usw. Unterdessen entwickelt Atoco, das von MOF-Pionier Omar Yaghi gegründete Startup, „neuartige retikuläre Materialien“, um sowohl Lösungen für die CO₂-Abscheidung als auch für die Gewinnung von Wasser aus der Atmosphäre bereitzustellen atoco.com. „Unsere Technologie benötigt 50 % weniger Energie, um CO₂ direkt aus der Luft oder aus Abgasen abzuscheiden und zu trennen“, sagt Atocos CEO Samer Taha atoco.com. Das Unternehmen hat Materialien mit extrem hoher CO₂-Affinität entwickelt, die „den Energiebedarf und die Kosten für die Abscheidung drastisch senken“ atoco.com. Solche Verbesserungen könnten kleinere, modulare Abscheidungseinheiten in vielen Anwendungen wirtschaftlich rentabel machen.
Auf der Finanzierungsseite fließt privates Kapital in die CO₂-Abscheidung und -Entfernung. Risikokapitalinvestitionen in Startups zur CO₂-Entfernung sind sprunghaft angestiegen (auf mehrere hundert Millionen Dollar im gesamten Sektor). Und Unternehmen gründen Käuferclubs, um die künftige Nachfrage zu sichern: Das Frontier-Konsortium (finanziert von Stripe, Alphabet, Meta usw.) hat sich verpflichtet, in diesem Jahrzehnt 1 Mrd. $ für den Kauf dauerhafter CO₂-Entfernung bereitzustellen und garantiert damit effektiv einen Markt für Unternehmen, die nachweisbare CO₂-Entfernung liefern können. Dies hat Startups das Vertrauen gegeben, F&E zu skalieren. Sogar Marktplätze für CO₂-Entfernungszertifikate entstehen, obwohl die Volumina noch gering und die Preise hoch sind (derzeit über 500 $ pro Tonne für DAC-Zertifikate).
All diese Initiativen – öffentlich und privat – zeigen eine starke Dynamik hinter der CO₂-Abscheidung. Wie das Global CCS Institute feststellte, hinkt der Einsatz von CO₂-Abscheidung den für die Klimaziele erforderlichen Maßnahmen noch hinterher, aber die Lücke beginnt sich mit diesen neuen politischen Maßnahmen und Projekten zu schließen catf.us. Es entsteht der Eindruck, dass der Moment der CO₂-Abscheidung gekommen ist – nicht als Alternative zur Emissionsminderung, sondern als essenzielle parallele Strategie.
Ausblick und Expertenperspektiven
Im Jahr 2025 stehen wir an dem Punkt, an dem Technologien zur CO₂-Abscheidung und -Entfernung von Science-Fiction zu Fakten werden, aber erhebliche Herausforderungen bleiben bestehen. Führende Wissenschaftler betonen sowohl das Potenzial als auch die Grenzen dieser Technologien:
Einerseits gibt es Optimismus. „Es ist im Grunde das beste Material, das es für Direct Air Capture gibt“, sagte Omar Yaghi über COF-999 und zeigte sich begeistert darüber, wie solche Durchbrüche „neues Terrain in unseren Bemühungen zur Lösung des Klimaproblems erschließen“ news.berkeley.edu. Viele in diesem Bereich teilen die echte Hoffnung, dass mit fortgesetzter Innovation die Kohlenstoffabscheidung effizient und günstig genug gemacht werden kann, um sie weltweit einzusetzen. Die Vision ist, dass wir in ein paar Jahrzehnten eine neue Industrie im Ausmaß der heutigen Öl- und Gasindustrie haben werden – aber umgekehrt, weltweit tätig, um Kohlenstoff aus dem System zu entfernen. Dies könnte „riesige Luftreiniger“ an strategischen Standorten umfassen, wie Prof. Gagliardi es sich vorstellt, wobei DAC-Anlagen „einen bedeutenden Beitrag zu den globalen Bemühungen um Klimaneutralität leisten“ pme.uchicago.edu. Klimamodellierer bestätigen, dass negative Emissionen durch solche Technologien wahrscheinlich erforderlich sein werden, um die am schwersten zu beseitigenden Quellen (wie Luftfahrt, Landwirtschaft und historische Emissionen) auszugleichen, wenn wir nahe bei 1,5 °C Erwärmung bleiben wollen.
Andererseits warnen Experten davor, die Kohlenstoffabscheidung als Allheilmittel oder als Ausrede zu sehen, um die Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe zu verzögern. Dr. Fatih Birol, Leiter der Internationalen Energieagentur, warnte, dass „ein Weitermachen wie bisher bei Öl & Gas in der Hoffnung, dass ein massiver Einsatz von Kohlenstoffabscheidung die Emissionen senken wird, eine Illusion ist“. Mit anderen Worten: Kohlenstoffabscheidung kann die rasche Umstellung auf saubere Energie ergänzen, aber nicht ersetzen x.com. Wissenschaftler weisen außerdem darauf hin, dass die Kohlenstoffentfernung zwar Kohlendioxid adressiert, aber nicht andere Treibhausgase oder Klimaauswirkungen. „Selbst wenn Sie die Temperaturen [mit CDR] wieder gesenkt haben, wird die Welt, die wir dann sehen, nicht mehr dieselbe sein“, sagte Dr. Carl-Friedrich Schleussner und betonte, dass Probleme wie der Meeresspiegelanstieg sich nicht einfach umkehren lassen reuters.com. Und wir müssen den Maßstab bedenken: Derzeit entfernen alle DAC-Anlagen zusammen nur einige Tausend Tonnen CO₂ pro Jahr; die Natur (Wälder, Böden) entfernt etwa 2 Milliarden Tonnen; um die Klimaziele wirklich zu unterstützen, könnten jedoch 7–10 Milliarden Tonnen pro Jahr Entfernung bis zur Mitte des Jahrhunderts nötig sein reuters.com. Das ist eine gewaltige Herausforderung – etwa eine Verzehnfachung der derzeitigen natürlichen Entfernung oder Tausende von DAC-Anlagen in Mammoth-Größe. Um das zu erreichen, sind über viele Jahrzehnte kontinuierliche Innovation, Investitionen und unterstützende Politik erforderlich.
Die Erkenntnis aus den Entwicklungen 2024–2025 ist, dass die Lernkurve bei der CO₂-Abscheidung nun wirklich begonnen hat. Die Kosten sinken allmählich, und Projekte mit Pilotcharakter beweisen zentrale Konzepte. Wir sehen das erste Zementwerk mit CCS, die ersten DAC-Projekte im Megatonnenmaßstab, die finanziert werden, neue Materialien, die bisherige Grenzen sprengen (CO₂-Abscheidung bei 300 °C; über 100 Zyklen haltbar; funktionieren in feuchter Luft; fangen 99 % des CO₂ usw.), und Regierungen, die echtes Geld investieren. Jeder Erfolg baut Wissen auf, das das nächste Projekt einfacher und günstiger macht. Wie es ein Bericht formulierte: Der Marathon zum Aufbau einer CO₂-Entfernungsindustrie hat gerade erst begonnen, aber die Läufer sind endlich aus den Startblöcken gekommen youtube.com.
In den kommenden Jahren sollte man ein Auge auf diese „Megaprojekte“ haben – wenn Projekte wie Project Cypress (USA) oder der Humber-Cluster im Vereinigten Königreich erfolgreich sind, werden sie CO₂ in nie dagewesenem Ausmaß abscheiden und zeigen, ob die Kosten wie erwartet sinken können. Behalten Sie auch den XPRIZE Carbon Removal-Wettbewerb im Blick, der 2024 auf 20 Finalistenteams eingegrenzt wurde, die DAC, ozeanbasierte Abscheidung, Mineralisierung und mehr abdecken xprize.org. Der Gewinner (Bekanntgabe 2025) muss die Entfernung von 1.000 Tonnen CO₂ und einen realistischen Weg zur Skalierung auf 1 Million Tonnen/Jahr nachweisen. Dieser Wettbewerb hat Kreativität beflügelt und dazu geführt, dass Teams wie Heirloom, Carbfix und andere ins Rampenlicht gerückt und finanziert wurden cen.acs.org.
Zusammengefasst entstehen neue Strukturen und Technologien zur CO₂-Abscheidung rasant – von hochmodernen COF-Kristallen, die wie Superschwämme für CO₂ wirken news.berkeley.edu, bis hin zu gewaltigen Ingenieurprojekten, die Kohlenstoff im Megatonnenmaßstab aus der Luft holen sollen climeworks.com. Jedes trägt ein Puzzlestück zur Stabilisierung des Klimas bei. Der Tenor unter Experten ist „vorsichtiger Optimismus“. Ja, CO₂-Abscheidung ist technisch komplex und derzeit teuer, aber die Fortschritte 2024–2025 zeigen, dass menschlicher Einfallsreichtum diese Herausforderungen Stück für Stück überwindet. Wie Prof. Yaghi zur Verbindung von KI und Chemie zur Entwicklung besserer Sorbentien bemerkte: „Wir sind sehr, sehr begeistert“ news.berkeley.edu – und diese Begeisterung teilen zunehmend Klimawissenschaftler, Ingenieure, Investoren und politische Entscheidungsträger, die CO₂-Abscheidung als ein wesentliches Werkzeug sehen, um kommenden Generationen einen bewohnbaren Planeten zu hinterlassen.
Die alleinige Kohlenstoffabscheidung wird die Welt nicht retten, aber sie kann uns Zeit verschaffen und Altlastenverschmutzung abbauen, während wir die schwierige Arbeit der Dekarbonisierung leisten. Da bahnbrechende Technologien nun zur Verfügung stehen und weitere am Horizont erscheinen, wird die einst theoretische Idee, unsere Atmosphäre zu reinigen, zur Realität. Die nächsten Jahre werden entscheidend sein, um diese Lösungen im großen Maßstab einzusetzen – und wenn es uns gelingt, könnten zukünftige Generationen auf diese Zeit zurückblicken und sie als den Beginn eines neuen Zeitalters der Kohlenstoffentfernung erkennen, als die Menschheit buchstäblich begann, den Himmel zu schrubben, um ein sicheres Klimagleichgewicht wiederherzustellen.
Quellen: Forschung und Nachrichten zur CO₂-Abscheidung (2024–2025) news.berkeley.edu, pme.uchicago.edu, ccsnorway.com, climeworks.com, 1pointfive.com, atoco.com, reuters.com, Regierungsankündigungen und Expertenkommentare energy.gov, news.berkeley.edu, energiesmedia.com, man-es.com, und IPCC-Klimabewertungen news.berkeley.edu, reuters.com.
