Klimaschutz: KIT gewinnt hochwertigen Kohlenstoff aus der Luft

Wie kommt das Kohlendioxid aus der Atmosphäre? Wissenschaftler bauen eine Anlage, die das Gas aus der Luft in einen Rohstoff beispielsweise für Akkus verwandelt.

Artikel veröffentlicht am 25. März 2020, 15:17 Uhr, Werner Pluta

Integrierte Versuchsanlage zur CO2-Reduktion: Beitrag zur Lösung des Klimaproblems und Baustein einer postfossilen Rohstoffversorgung (Bild: Moritz Leg, KIT)

Aus Schadstoffen sollen Rohstoffe werden: In Karlsruhe wird eine Versuchsanlage gebaut, die Kohlenstoffdioxid aus der Luft filtert und daraus hochreines Kohlenstoffpulver erzeugt, das als Rohstoff für die Industrie eingesetzt werden soll.

Die Anlage entsteht auf dem Gelände des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Im Projekt Negative Carbondioxide to Carbon (Necoc) soll gezeigt werden, dass der Prozess, der bisher im Labor getestet wurde, auch im Containermaßstab funktioniert. In Ausbaustufen soll zum einen die Leistungsfähigkeit pro Container gesteigert werden, zum anderen soll ein paralleler Betrieb mehrerer Anlagen ermöglicht werden.

Eine Anlage des Schweizer Unternehmens Climeworks wird das Kohlendioxid aus der Umgebungsluft filtern (Direct-Air-Capture-Verfahren, DAC). Das Gas wird zusammen mit Wasserstoff in einen mikrostrukturierten Reaktor geleitet. Es entstehen Methan und Wasser.

Das Methan wird von unten in eine Zinnschmelze geleitet. Das Gas steigt also als Bläschen darin auf. Bei den hohen Temperaturen wird es instabil und zerfällt in seine Bestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff. In den Bläschen befinden sich jetzt gasförmiger Wasserstoff und fester Kohlenstoff.

Erreicht die Blase die Oberfläche der Schmelze, platzt sie. Der Kohlenstoff, der als Feststoff an der Wand des Bläschens abgeschieden wird, zerfällt in mikrogranulares Pulver, das sogenannte Carbon Black. Der Wasserstoff wird wieder in die Anlage geleitet, um Methan zu erzeugen.

Carbon Black kann beispielsweise als Zuschlagsstoff in Baustoffen verwendet werden, als sogenannter Industrieruß in Reifen oder als Farbpigment in dunklen Druckfarben. In Form von Graphit könnte der Kohlenstoff auch Basismaterial für Anoden in Lithium-Akkus verwendet werden.

Die einzelnen Schritte des Prozesses sind bekannt. So hat Climeworks, eine Ausgründung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, 2017 eine erste Großanlage in Island installiert, um Kohlendioxid aus der Luft zu filtern. An der Pyrolyse, der Spaltung von Methan in der Zinnschmelze, arbeiten KIT-Forscher seit Längerem als Verfahren zur Wasserstoffgewinnung.

"Wir kennen die einzelnen Bausteine gut", sagte Projektkoordinator Benjamin Dietrich. "Allerdings wurden sie noch nie im Verbund in einer integrierten Anlage realisiert, das ist eine Weltpremiere. Die geschickte Integration der Prozessbausteine und die richtige Prozessführung werden entscheidend für die Energieeffizienz des Verfahrens und die Qualität des Produkts Carbon Black sein."

Bei anderen Verfahren wird das Kohlendioxid mineralisiert und dann im Untergrund eingelagert. Vorteil des Karlsruher Verfahrens sei, dass das Endprodukt verwertet werden könne, sagte Dietrich. "Bislang wurde Carbon Black im Übrigen hauptsächlich aus fossilem Erdöl hergestellt. Insofern ist das Verfahren in mehrfacher Hinsicht ein technologischer Ansatz für eine nachhaltige Zukunft: Es kombiniert den direkten Beitrag zur Lösung des Klimaproblems mit einem Baustein einer postfossilen Rohstoffversorgung."