Das Treibhausgas CO2 lässt sich mit dem NECOC-Verfahren aus der Atmosphäre entnehmen und durch kombinierte Prozesse in einen stabilen Kohlenstoff umwandeln. Dr. Benjamin Dietrich vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) des KIT koordiniert das Projekt: „Damit industrielle Produktion trotzdem möglich bleibt, müssen wir technologisch ganz neu Wege gehen.“
Im Forschungsprojekt NECOC (NEgative CarbOn dioxide to Carbon) entwickeln die Verbundpartner KIT, Ineratec und Climeworks ein Verfahren, mit dem sich CO2 aus der Atmosphäre zu Kohlenstoff verarbeiten lässt. „Wenn dieser dann langfristig gebunden bleibt, kombinieren wir negative Emissionen mit einem Baustein der postfossilen Rohstoffversorgung im Sinne einer zukünftigen Carbon-Management-Strategie. Das ist ein doppelter Beitrag für eine nachhaltigere Zukunft“, so Dietrich. In einer ersten Projektphase hat das Forschungsteam 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 kg festen Kohlenstoff.
In drei Schritten vom Treibhausgas zum Wertstoff
Das NECOC-Verfahren kombiniert drei Prozessschritte: Ein Adsorber trennt im ersten Schritt das CO2 aus der Umgebungsluft ab (Direct Air Capture). Im zweiten Schritt fließt es in einen mikrostrukturierten Reaktor mit erneuerbar hergestelltem Wasserstoff aus einem angeschlossenen Elektrolyseur. Die Bestandteile Kohlenstoff und Sauerstoff gehen dabei neue Bindungen ein, aus dem CO2 entsteht nun Methan und Wasser. Das Wasser fließt zurück in den Elektrolyseur, das Methan mit seinem Kohlenstoffbestandteil strömt weiter in einen Reaktor mit flüssigem Zinn. Im dritten Verfahrensschritt kommt es dort in aufsteigenden Blasen zur Pyrolysereaktion, die Methanmoleküle spalten sich auf. 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 lassen sich dabei unterschiedliche Kohlenstoffmodifikationen wie Graphit, Carbon Black oder sogar Graphen herstellen.
Optimieren und Skalieren für den industriellen Einsatz
Mit dem Start der Versuchsanlage hat das Projekt NECOC einen wichtigen Meilenstein und das Ende der ersten Förderphase erreicht. In einer zweiten Projektphase gilt es jetzt, das NECOC-Verfahren für eine erweiterte Ausbaustufe zu skalieren und zu optimieren. „Wir wollen das Verfahren noch energieeffizienter machen, indem wir die Rückgewinnung von Prozesswärme verbessern“, sagt Projektleiter Dr. Leonid Stoppel vom Karlsruher Flüssigmetalllabor KALLA. „Außerdem betrachten wir die Integration von Hochtemperatur-Wärmespeichern 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.
