Eisenbahnwaggon sammelt CO2 ein

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Billiger als DAC – auch effektiver?

Die direkte Abscheidung von Kohlendioxid aus der Umwelt wird zunehmend zu einer dringenden Notwendigkeit, um die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern. Der hohe Energiebedarf erfordert jedoch kreative Umsetzungsstrategien, um die Abzweigung der bereits knappen konventionellen Ressourcen für diesen Zweck zu minimieren. Um diese Probleme zu lindern, müssen kreative Umsetzungsstrategien entwickelt werden, um die Hürde für die wirtschaftliche Anwendbarkeit von DAC-Systemen zu senken, damit sie auf breiter Basis eingesetzt werden können. Forscher aus Sheffield und Toronto glauben, die Antwort zu haben.

DAC-Waggon zur CO2-Abscheidung – Bild © mit frdl. Genehmigung – CO2Rail-Car Company

Zu diesem Zweck haben Forscher der Universitäten Sheffield und Toronto, des MIT, Princeton, der Wirtschaft und der Industrie gemeinsam mit dem US-amerikanischen Unternehmen CO2Rail eine innovatives Verfahren für den Einsatz speziell konstruierter, in sich geschlossener DAC-Triebwagen auf Diesel- und elektrifizierten Bahnstrecken vorgestellt, die mit Batteriesystemen, CO2-Direktabscheidungssystemen, Kompressionsanlagen und Zusatzausrüstungen ausgestattet sind, die in einzigartiger Weise die an Bord des Zuges durch regeneratives Bremsen sowie durch auf kompatiblen Triebwagen montierte Solarzellen erzeugte beträchtliche nachhaltige Energie nutzen.

Die Einheiten sind mit großen trichterförmigen Ansaugöffnungen ausgestattet, die in den Luftstrom des fahrenden Zuges ragen und die CO2-Einsatzluft durch strömungstechnische, staustrahlähnliche Prozesse sammeln, wodurch die bei landgestützten Systemen erforderlichen Ventilatoren überflüssig werden und keine Energie- oder Landressourcen benötigt werden. Das Netz wird täglich beim Personalwechsel oder bei Tankstopps in reguläre CO2-Tankwagen entladen und das gesammelte CO2 an Standorte auf der Strecke zur dauerhaften unterirdischen Sequestrierung oder zur Lieferung an Endverbraucher als Rohstoff für die Kohlenstoffkreislaufwirtschaft liefern.

Die Technologie wird bedeutende CO2-Mengen zu weitaus geringeren Kosten ernten und hat das konservative Potenzial, bis 2030 eine jährliche Produktivität von 0,45 Gigatonnen, bis 2050 von 2,9 Gigatonnen und bis 2075 von 7,8 Gigatonnen zu erreichen, wobei jedes Fahrzeug in naher Zukunft eine jährliche Kapazität von 3.000 Tonnen CO2 haben wird, die mit fortschreitender Technologie noch steigen wird. Da Züge in der Lage sind, mehrere CO2Rail-Waggons aufzunehmen, wird jeder Zug ein entsprechendes Vielfaches der CO2-Tonnage einfangen.

Da der nachhaltige Energiebedarf ausschließlich durch vom Zug erzeugte Quellen gedeckt wird, die keine zusätzlichen Kosten verursachen, lassen sich allein beim Energieeinsatz Einsparungen von 30 bis 40 Prozent pro Tonne abgeschiedenem CO2 erzielen.

US-Energieministerin Granholm startet „Carbon Negative Earthshots“

Am 05.11.2021 gab Ministerin Jennifer M. Granholm den Startschuss für kohlenstoffnegative Klimaschutzmaßnahmen, um bis 2050 Gigatonnen CO2-Verschmutzung aus der Luft zu entfernen. Das neue Ziel soll den verantwortungsvollen Abbau von Kohlendioxid drastisch erhöhen und die Kosten für kritische saubere Energietechnologien senken. Das abgeschiedene CO2 soll dauerhaft für weniger als 100 Dollar pro Tonne gespeichert werden. Der „Carbon Negative Shot“, das dritte Ziel im Rahmen der Energy Earthshots Initiative des DOE, ist die erste große Anstrengung der US-Regierung im Bereich der Kohlendioxid-Entfernung (CDR) und ein Aufruf an alle Beteiligten, auf dem expandierenden Gebiet der CDR innovativ zu sein – ein wichtiger Aspekt des Plans, bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen. CDR ist definiert als ein breites Spektrum von Ansätzen, die CO2 direkt aus der Atmosphäre abscheiden und dauerhaft in geologischen, biobasierten und ozeanischen Reservoiren oder in Produkten mit Mehrwert speichern, um negative Emissionen zu erzeugen. Fast alle Klima- und Energiemodelle, die Netto-Null-Emissionen erreichen, weisen auf die Notwendigkeit hin, sich kurzfristig auf die Entwicklung und den Einsatz von CDR zu konzentrieren. Bis Mitte des Jahrhunderts muss CDR im Gigatonnen-Maßstab eingesetzt werden. Zur Veranschaulichung: Eine Gigatonne unterirdisch gebundenes CO2 entspricht den jährlichen Emissionen der US-Leichtfahrzeugflotte – das Äquivalent von etwa 250 Millionen Fahrzeugen.
Die Technologien, die das DOE im Rahmen von Carbon Negative Shot fördern wird, werden durch vier Leistungselemente definiert:

    1. CDR-Kosten von weniger als 100 €/t CO2-Äquivalent sowohl für die Abscheidung als auch für die Speicherung;
    2. Eine solide Bilanzierung der Lebenszyklusemissionen (d. h., es wird sichergestellt, dass Emissionen, die beim Betrieb und Bau der Abscheidetechnologie entstehen, berücksichtigt werden);
    3. Hochwertige, dauerhafte Lagerung mit nachgewiesenen Kosten für Überwachung, Berichterstattung und Überprüfung für mindestens 100 Jahre; und
    4. Ermöglichung der notwendigen Beseitigung im Gigatonnen-Maßstab.

Das Verfahren

Schienensysteme auf der ganzen Welt können genutzt werden, um den Klimawandel einzudämmen und unsere Luft von CO2 zu reinigen: Im Durchschnitt wird bei jedem vollständigen Bremsmanöver eines Zuges genug Energie erzeugt, um 20 Haushalte einen ganzen Tag lang mit Strom zu versorgen (bisher wurde diese enorme Menge an nachhaltiger Energie verschwendet). Wenn die Energie jedes Stopps oder jeder Abbremsung jedes Zuges auf der Welt aufgefangen werden könnte, ließe sich 105-mal so viel Energie nutzen, als der Hoover-Staudamm im gleichen Zeitraum produziert – ein Wasserkraftwerksprojekt, das sechs Jahre dauerte und in heutigen Dollar 760 Millionen Dollar kostete.“

  • Die Luft durchläuft dann einen chemischen Prozess, bei dem das CO2 von der Luft getrennt wird, und die kohlendioxidfreie Luft strömt dann hinten oder an der Unterseite des Fahrzeugs wieder in die Atmosphäre zurück.
  • Nachdem eine ausreichende Menge CO2 aufgefangen wurde, wird die Kammer geschlossen und das aufgefangene CO2 gesammelt, konzentriert und in einem Flüssigkeitsbehälter gelagert, bis es bei einem Personalwechsel oder einem Tankstopp aus dem Zug in normale CO2-Kesselwagen entleert werden kann.
  • Anschließend wird es als wertvoller Rohstoff für die CO2-Verwertung in die Kreislaufwirtschaft oder zu nahe gelegenen geologischen Deponien transportiert.
  • Jeder dieser Prozesse wird ausschließlich durch bordseitig erzeugte, nachhaltige Energiequellen angetrieben, die keine externe Energiezufuhr oder außerdienstliche Ladezyklen erfordern.
  • Wenn ein Zug bremst, wird die Vorwärtsbewegung des Zuges in elektrische Energie umgewandelt. Derzeit wird diese Energie bei Zügen in Form von Wärme abgeleitet.

Professor Peter Styring, Direktor des britischen Zentrums für die Nutzung von Kohlendioxid an der Universität Sheffield und Mitautor der Forschungsarbeit, sagte: „Die Technologie wird bedeutende CO2-Mengen zu weitaus geringeren Kosten auffangen und hat das Potenzial, bis 2030 eine jährliche Produktivität von 0,45 Gigatonnen, bis 2050 von 2,9 Gigatonnen und bis 2075 von 7,8 Gigatonnen zu erreichen, wobei jedes Fahrzeug in naher Zukunft eine jährliche Kapazität von 3.000 Tonnen CO2 haben wird.“

Im Gegensatz zum stationären DAC-Betrieb, der große Flächen für den Bau von Anlagen und den Aufbau erneuerbarer Energiequellen für deren Betrieb benötigt, wäre CO2Rail nur vorübergehend und würde im Allgemeinen von der Öffentlichkeit nicht wahrgenommen. Die potenziellen Auswirkungen dieser Technologie wurden vor kurzem durch die Ankündigung europäischer Verkehrsorganisationen Anfang des Monats verstärkt, die Nutzung von Hochgeschwindigkeitszügen bis 2050 verdreifachen zu wollen, um den CO2-lastigen Flugverkehr zu verringern.

Das Team arbeitet auch an einem ähnlichen System, das die CO2-Emissionen aus den Abgasen dieselbetriebener Lokomotiven, wie sie in Nordamerika und anderen Teilen der Welt allgemein üblich sind, entfernen kann. Angesichts der zunehmenden Elektrifizierung des Schienenverkehrs auf nachhaltiger Basis würde diese punktuelle Stromerzeugung auf Diesellokomotiven die Schiene zum weltweit ersten kohlenstoffneutralen Verkehrsmittel in großem Maßstab machen.

Die Forschungsarbeit mit dem Titel „Rail-Based Direct Air Carbon Capture“ wurde in der Rubrik Future Energy von Joule veröffentlicht.

->Quellen: