{"id":122188,"date":"2023-02-08T07:09:00","date_gmt":"2023-02-08T06:09:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=122188"},"modified":"2023-02-07T09:45:39","modified_gmt":"2023-02-07T08:45:39","slug":"wissenschaftler-stellen-das-bisher-kostengunstigste-system-zur-kohlenstoffabscheidung-vor","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wissenschaftler-stellen-das-bisher-kostengunstigste-system-zur-kohlenstoffabscheidung-vor\/","title":{"rendered":"Wissenschaftler stellen das bisher kosteng\u00fcnstigste System zur Kohlenstoffabscheidung vor"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Mit jedem CO2<\/sub>-Molek\u00fcl, das in die Erdatmosph\u00e4re gelangt, w\u00e4chst der Bedarf an Technologien, die Kohlendioxid abscheiden, entfernen und wiederverwenden k\u00f6nnen. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, haben Wissenschaftler des Pacific Northwest National Laboratory des Energieministeriums einen neuen Meilenstein in ihren Bem\u00fchungen erreicht, die Abscheidung von Kohlendioxid erschwinglicher und verbreiteter zu machen. Sie haben ein neues System entwickelt, das CO2<\/sub>effizient abf\u00e4ngt– das<\/sub>bisher kosteng\u00fcnstigste – und es in eine der weltweit am h\u00e4ufigsten verwendeten Chemikalien umwandelt: Methanol.<\/p>\n\n\n\n

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Der Chemiker Dave Heldebrant, der k\u00fcrzlich zum Fellow der American Chemical Society ernannt wurde und eine gemeinsame Stelle mit der Washington State University innehat, hat an der Entwicklung mehrerer L\u00f6sungsmittel mitgewirkt, die Kohlendioxidmolek\u00fcle abfangen k\u00f6nnen, bevor sie Erdatmosph\u00e4re erreichen. \u00a9<\/strong>Pacific Northwest National Laboratory | Andrea Starr<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die Abscheidung von CO2<\/sub>, bevor es in die Atmosph\u00e4re gelangt, ist eine Schl\u00fcsselkomponente zur Verlangsamung der globalen Erw\u00e4rmung. Die Schaffung von Anreizen f\u00fcr die gr\u00f6\u00dften Emittenten, die Technologie zur CO2<\/sub>-Abscheidung zu \u00fcbernehmen, ist jedoch eine wichtige Vorstufe. Die hohen Kosten der kommerziellen Abscheidungstechnologie sind seit langem ein Hindernis f\u00fcr ihre breite Anwendung.<\/p>\n\n\n\n

Die Wissenschaftler des PNNL glauben, dass Methanol diesen Anreiz bieten kann. Methanol ist ein vielseitig verwendbarer Brennstoff, ein L\u00f6sungsmittel und ein wichtiger Bestandteil von Kunststoffen, Farben, Baumaterialien und Autoteilen. Die Umwandlung von CO2<\/sub> in n\u00fctzliche Stoffe wie Methanol bietet einen Weg f\u00fcr Industrieunternehmen, ihren Kohlenstoff abzuscheiden und neu zu nutzen.<\/p>\n\n\n\n

Der PNNL-Chemiker David Heldebrant, der das Forschungsteam hinter der neuen Technologie leitet, vergleicht das System mit Recycling. So wie man zwischen Einweg- und wiederverwertbaren Materialien w\u00e4hlen kann, kann man auch Kohlenstoff recyceln.<\/p>\n\n\n\n

“Das ist im Wesentlichen das, was wir hier versuchen”, so Heldebrant. “Anstatt \u00d6l aus dem Boden zu holen, um diese Chemikalien herzustellen, versuchen wir, dies aus CO2<\/sub> zu tun, das aus der Atmosph\u00e4re oder aus Kohlekraftwerken abgeschieden wurde, so dass es in n\u00fctzliche Dinge umgewandelt werden kann. Man h\u00e4lt den Kohlenstoff sozusagen am Leben, es geht also nicht darum, ihn aus dem Boden zu holen, ihn einmal zu verwenden und dann wegzuwerfen. Wir versuchen, das CO2<\/sub> zu recyceln, so wie wir auch andere Dinge wie Glas, Aluminium und Kunststoffe zu recyceln versuchen.<\/p>\n\n\n\n

Wie in der Zeitschrift Advanced Energy Materials<\/em> beschrieben, ist das neue System so konzipiert, dass es in Kohle-, Gas- oder Biomassekraftwerken sowie in Zement\u00f6fen und Stahlwerken eingesetzt werden kann. Mithilfe eines vom PNNL entwickelten Abscheidungsl\u00f6sungsmittels f\u00e4ngt das System CO2<\/sub>-Molek\u00fcle auf, bevor sie freigesetzt werden, und wandelt sie dann in n\u00fctzliche, verkaufsf\u00e4hige Stoffe um.<\/p>\n\n\n\n

Es muss eine lange Reihe von Dominosteinen fallen, bevor Kohlenstoff vollst\u00e4ndig entfernt oder ganz verhindert werden kann, dass er in die Erdatmosph\u00e4re gelangt. Diese Bem\u00fchungen – die Verbreitung der Abscheidungs- und Umwandlungstechnologie – stellen einige der ersten entscheidenden Bausteine dar.<\/p>\n\n\n\n

Der Einsatz dieser Technologie wird die Emissionen verringern, so Heldebrant. Sie k\u00f6nnte aber auch dazu beitragen, die Entwicklung anderer Technologien zur Kohlenstoffabscheidung voranzutreiben und einen Markt f\u00fcr CO2<\/sub>-haltige Materialien zu schaffen. Mit einem solchen Markt k\u00f6nnte der Kohlenstoff, der durch die zu erwartenden Technologien zur direkten Abscheidung aus der Luft abgeschieden wird, besser in langlebigere Materialien umgewandelt werden.<\/p>\n\n\n\n

Die Forderung nach billigerer Kohlenstoffabscheidung<\/h3>\n\n\n\n

Im April 2022 ver\u00f6ffentlichte der Zwischenstaatliche Ausschuss f\u00fcr Klima\u00e4nderungen seinen Bericht der Arbeitsgruppe III, der sich mit der Eind\u00e4mmung des Klimawandels befasst. Unter den darin aufgef\u00fchrten emissionsbegrenzenden Ma\u00dfnahmen wurde die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung als notwendiges Element zur Erreichung von Netto-Null-Emissionen genannt, insbesondere in schwer zu dekarbonisierenden Sektoren wie der Stahl- und Chemieproduktion.<\/p>\n\n\n\n

“Die Verringerung der Emissionen in der Industrie erfordert eine effizientere Nutzung von Materialien, die Wiederverwendung und das Recycling von Produkten sowie die Minimierung von Abf\u00e4llen”, erkl\u00e4rte der IPCC in einer Pressemitteilung, die zusammen mit einer der 2022 erscheinenden Ausgaben des Berichts ver\u00f6ffentlicht wurde. “Um Netto-Null-CO2<\/sub>-Emissionen f\u00fcr den in der Gesellschaft ben\u00f6tigten Kohlenstoff (z. B. Kunststoffe, Holz, Flugzeugtreibstoffe, L\u00f6sungsmittel usw.) zu erreichen”, hei\u00dft es in dem Bericht, “ist es wichtig, die Verwendungsschleifen f\u00fcr Kohlenstoff und Kohlendioxid durch verst\u00e4rkte Kreislaufwirtschaft mit mechanischem und chemischem Recycling zu schlie\u00dfen.”<\/p>\n\n\n\n

Die Forschung des PNNL konzentriert sich darauf, genau das zu tun – in \u00dcbereinstimmung mit dem Carbon Negative Shot des DOE. Durch die Verwendung von Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen bei der Umwandlung kann das Team Methanol mit einem geringeren Kohlenstoff-Fu\u00dfabdruck herstellen als herk\u00f6mmliche Methoden, die Erdgas als Ausgangsstoff verwenden. Methanol, das durch CO2<\/sub>-Umwandlung hergestellt wird, k\u00f6nnte f\u00fcr politische und marktwirtschaftliche Anreize in Frage kommen, um die Einf\u00fchrung von Technologien zur Kohlenstoffreduzierung zu f\u00f6rdern.<\/p>\n\n\n\n

Methanol ist eine der am meisten produzierten Chemikalien \u00fcberhaupt. Als “Plattformmaterial” bekannt, sind seine Verwendungsm\u00f6glichkeiten sehr vielf\u00e4ltig. Neben Methanol kann das Team auch CO2<\/sub> in Formiat (eine weitere Grundstoffchemikalie), Methan und andere Stoffe umwandeln.<\/p>\n\n\n\n

Es ist noch viel Arbeit n\u00f6tig, um diesen Prozess zu optimieren und zu skalieren, und es kann noch einige Jahre dauern, bis er f\u00fcr den kommerziellen Einsatz bereit ist. Aber, so Casie Davidson, Managerin des PNNL-Marktsektors Kohlenstoffmanagement und fossile Energie, die Verdr\u00e4ngung herk\u00f6mmlicher chemischer Rohstoffe ist nur der Anfang. “Der integrierte Ansatz des Teams er\u00f6ffnet eine Welt der neuen CO2<\/sub>-Umwandlungschemie. Man hat das Gef\u00fchl, dass wir an der Schwelle zu einem v\u00f6llig neuen Bereich skalierbarer, kosteng\u00fcnstiger Kohlenstofftechnologien stehen. Es ist eine sehr aufregende Zeit.<\/p>\n\n\n\n

Br\u00f6ckelnde Kosten<\/h3>\n\n\n\n

Laut einer Analyse des DOE kosten kommerzielle Systeme f\u00fcr die Aufnahme von Kohlenstoff aus Rauchgas etwa 46 Dollar pro Tonne CO2<\/sub>. Das PNNL-Team hat sich zum Ziel gesetzt, die Kosten kontinuierlich zu senken, indem es den Abscheidungsprozess effizienter und wirtschaftlich wettbewerbsf\u00e4hig gestaltet.<\/p>\n\n\n\n

Das Team hat die Kosten f\u00fcr die Abscheidung auf 47,10 Dollar pro Tonne CO2<\/sub> im Jahr 2021 gesenkt. Eine neue Studie, die im Journal of Cleaner Production<\/em> beschrieben wird, untersucht die Kosten f\u00fcr den Betrieb des Methanolsystems unter Verwendung verschiedener vom PNNL entwickelter Abscheidungsl\u00f6sungsmittel, und diese Zahl ist nun auf knapp unter 39 US-Dollar pro Tonne CO2<\/sub> gesunken.<\/p>\n\n\n\n

“Wir haben in dieser neuen Studie drei CO2<\/sub>-bindende L\u00f6sungsmittel untersucht”, sagte der Chemieingenieur Yuan Jiang, der die Untersuchung leitete. “Wir haben festgestellt, dass sie \u00fcber 90 Prozent des Kohlenstoffs, der durch sie hindurchgeht, abscheiden, und das zu etwa 75 Prozent der Kosten einer herk\u00f6mmlichen Abscheidungstechnologie.<\/p>\n\n\n\n

Je nach Art der Anlage oder des Ofens k\u00f6nnen unterschiedliche Systeme eingesetzt werden. Aber unabh\u00e4ngig von der Art des Systems spielen L\u00f6sungsmittel eine zentrale Rolle. Bei diesen Systemen wird das CO2<\/sub>-reiche Rauchgas mit L\u00f6sungsmitteln umsp\u00fclt, bevor es ausgesto\u00dfen wird, wobei CO2<\/sub>-Molek\u00fcle zur\u00fcckbleiben, die nun in der Fl\u00fcssigkeit gebunden sind.<\/p>\n\n\n\n

Die Herstellung von Methanol aus CO2<\/sub> ist nicht neu. Neu ist jedoch die M\u00f6glichkeit, in einem kontinuierlich flie\u00dfenden System sowohl Kohlenstoff abzuscheiden als auch ihn in Methanol umzuwandeln. Bisher erfolgten Abscheidung und Umwandlung in zwei getrennten Schritten, die durch die einzigartige, oft nicht komplement\u00e4re Chemie der beiden Prozesse voneinander getrennt waren.<\/p>\n\n\n\n

“Wir stellen endlich sicher, dass eine Technologie beide Schritte durchf\u00fchren kann, und zwar gut”, sagte Heldebrant und f\u00fcgte hinzu, dass herk\u00f6mmliche Umwandlungstechnologien in der Regel hoch gereinigtes CO2<\/sub> erfordern. Das neue System ist das erste, das Methanol aus “schmutzigem” CO2<\/sub> erzeugt.<\/p>\n\n\n\n

Senkung der Emissionen von morgen<\/h3>\n\n\n\n

Der Prozess der CO2<\/sub>-Abtrennung und Umwandlung in Methanol ist nicht CO2<\/sub>-negativ. Der im Methanol enthaltene Kohlenstoff wird bei der Verbrennung freigesetzt oder gebunden, wenn das Methanol in Stoffe mit l\u00e4ngerer Lebensdauer umgewandelt wird. Aber diese Technologie schafft die Voraussetzungen”, so Heldebrant, f\u00fcr die wichtige Aufgabe, Kohlenstoff in Materialien zu binden und aus der Atmosph\u00e4re fernzuhalten.<\/p>\n\n\n\n

Andere Zielmaterialien sind Polyurethane, die in Klebstoffen, Beschichtungen und Schaumstoffisolierungen vorkommen, und Polyester, die in vielen Textilien verwendet werden. Sobald die Forscher die Chemie hinter der Umwandlung von CO2<\/sub> in Materialien, die es f\u00fcr klimarelevante Zeitr\u00e4ume aus der Atmosph\u00e4re heraushalten, fertiggestellt haben, k\u00f6nnte ein breites Netz von Abscheidungssystemen bereitstehen, um solche Reaktionen durchzuf\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

Anstelle der heutigen Schornsteine stellt sich Heldebrant CO2-<\/sub>Raffinerien vor, die in oder neben Kraftwerke eingebaut werden, wo CO2<\/sub>-haltige Produkte vor Ort hergestellt werden k\u00f6nnen. “Wir stehen an einem Wendepunkt”, schreiben Heldebrant und seine Mitautoren in einem k\u00fcrzlich in der Fachzeitschrift Chemical Science<\/em> ver\u00f6ffentlichten Artikel, “an dem wir entweder weiterhin die monolithische Abscheidungs- und Umwandlungsinfrastruktur des 20. Jahrhunderts nutzen oder den \u00dcbergang zu einem neuen Paradigma des 21. Jahrhunderts mit integrierten l\u00f6sungsmittelbasierten Kohlenstoffabscheidungs- und Umwandlungstechnologien einleiten k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Originalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n

Energy-effective and low-cost carbon capture from point-sources enabled by water-lean solvents Author links open overlay panel; Journal of Cleaner Production; Volume 388, 15 February 2023, 135696<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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