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Direct Air Capture
Abbildung 1: Direct Air-Capture-Anlage der Firma Climeworks auf der Kehrichtverbrennungsanlage Hinwil (Bildquelle).
Falls die CO2-Abscheidepotenziale aus Biomasse nicht ausreichend sind, kann als Alternative auf die CO2-Abscheidung aus der Umgebungsluft, das sogenannte Direct Air Capture (DAC), zurückgegriffen werden.
Das DAC benötigt grosse Gebläse, welche grosse Mengen Umgebungsluft durch eine Abscheideeinheit leiten, wo das CO2 mittels Adsorption an aminhaltigen Filtern oder durch Absorption in einer basischen Lösung entzogen wird. Zurzeit werden dem Adsorptionsverfahren mittels fester Abscheidefiltern grössere Erfolgschancen zugebilligt.
Potenzial
Das Abscheidepotenzial von DAC ist grundsätzlich unbegrenzt. Zurzeit befindet sich das Verfahren jedoch noch im Prototypenstadium. Die weltweit installierte Abscheidekapazität beläuft sich gemäss einem IEA-Bericht auf 8’000 t/a, wobei die Hälfte dieser Kapazität auf eine Anlage der Marktführerin Climeworks in Island entfällt. Die genannte weltweite Abscheidekapazität ist noch sehr gering. Bei einem durchschnittlichen CO2-Austoss von 1,8 t/a CO2 pro Auto entspricht sie den Emissionen von lediglich 4’400 Autos (vgl. Infografik Statista).
Energiebedarf und Kosten
Trotz dem relativ frühen Entwicklungsstadium wird dem DAC in den Energieperspektiven 2050+ und auch in der VSE-Studie eine grosse Bedeutung zugemessen. Je nach Szenario sollen durch DAC zwischen 4,7 Mt und 8,9 Mt CO2 pro Jahr abgeschieden werden. Im Folgenden wird deshalb auf das Adsorptionsverfahren eingegangen, obwohl es die Marktreife noch nicht erreicht hat.
Die CO2-Konzentration in der Umgebungsluft ist mit 0,4‰ rund 30-mal niedriger als im Rauchgas von Wärmekraftwerken und 1’000-mal niedriger als im Rohbiogas. Böse Zungen vergleichen den Bau von DAC-Anlagen deshalb mit dem Bau von Kläranlagen mitten im Meer.
Wenig überraschend ist der Energiebedarf des DAC-Verfahrens relativ hoch. Gemäss einer finnischen Technologiestudie beläuft er sich für die Abscheidung von 1 kg CO2 auf 2,1 kWh Wärme mit einer Temperatur von 100⁰C und 0,7 TWh Strom (vgl. Tab. 4 der Technologiestudie). Falls die Wärme mit einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 2,0 erzeugt wird, entsprechen die genannten Werte einem Strombedarf von 1,8 kWh/kg abgeschiedenem CO2.
Die weltweit grösste DAC-Anlage, das Orca-Projekt in Hellisheiði, Island kostete zwischen 10 Mio. CHF und 15 Mio. CHF. Die spezifischen Investitionskosten betragen somit 3’125 CHF/t CO2 mit jährlichen Kapitalkosten von 184 CHF/t CO2 bei einem Realzins von 1,6% und einer Betriebsdauer von 20 Jahren. Unter der Annahme, dass die Betriebskosten 2% der Investitionskosten ausmachen, kommen für den Betrieb noch 62 CHF/t CO2 hinzu.
Insgesamt belaufen sich die Kosten für die Abscheidung von 1 t CO2 mit dem DAC-Verfahren auf 246 CHF/t CO2. Hinzu kommen die variierenden Kosten für 1,8 MWh Strom. Zum Vergleich: Im Zusatzbericht zu den Energieperspektiven 2050+ wird von einem optimistischeren Preis von 275 CHF/t CO2 (inkl. Stromkosten) ausgegangen.
Akzeptanz
Das CO2-Abscheidepotenzial von DAC ist grundsätzlich unbeschränkt. Limitierend ist allenfalls der Flächenbedarf der Abscheideanlagen, der sich gemäss einem IEA-Bericht auf 1,2 km2/Mt CO2 bis 1,7 km2/Mt CO2 beläuft. Ausserdem ist davon auszugehen, dass die für die Abscheidung benötigten Gebläse Lärm verursachen werden.
Aufgrund des zu erwartenden Widerstandes gegen DAC-Anlagen und den relativ hohen schweizerischen Stromkosten ist anzunehmen, dass allfällig benötigte DAC-Kapazitäten im Ausland realisiert werden müssten.