Die Schweizer Firma hat mit „Mammoth“ (deutsch: Mammut) die nach eigenen Angaben weltweit größte Anlage in Island in Betrieb genommen, die CO2 aus der Luft abscheidet und speichert (Direct Air Capture and Storage). Der Neubau befindet sich auf dem Gelände des Geothermiekraftwerks Hellisheiði im Südwesten Islands, etwa 30 Kilometer entfernt von der Hauptstadt Reykjavík. Mammoth verfügt über 72 Kollektoren, die für eine Nennkapazität von bis zu 36.000 Tonnen CO2 pro Jahr ausgelegt sind. Es ist bereits die zweite Anlage dieser Art auf Island. Das Vorgänger-Werk namens „Orca“ startete im September 2021 und filtert jährlich 4.000 Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

Als „CO₂-Staubsauger“ werden Anlagen, die Kohlendioxid einfangen, gerne bezeichnet. Das klingt griffig, führt aber in die Irre. Denn so einfach wie beim Haushaltsgerät ist die Sache nicht. So fehlt den Klimafiltern, um im Bild zu bleiben, ein einfach zu entsorgender Staubsaugerbeutel. Was also soll man mit dem gewonnenen CO₂ anstellen? Welchen Anteil davon kann man nutzen, und wie lässt sich der Rest so sicher einlagern, dass er nicht mehr in die Atmosphäre gelangt? Und eine weitere offene Frage ist: Lohnt sich das überhaupt? Ließen sich die gewaltigen Investitionen, die zur Abscheidung von CO₂ nötig sind, nicht anderswo sinnvoller einsetzen – etwa zum Ausbau der Erneuerbaren?

Die Antwort hängt entscheidend vom Energieverbrauch dieser sogenannten CCS-Verfahren ab (Carbon Capture and Storage). Traditionell wurde das CO₂ bisher vor allem dort abgefangen, wo es in hoher Konzentration vorliegt, beispielsweise im Abgas eines Kohlekraftwerks. Streng genommen handelt es sich dabei allerdings um eine Emissionsvermeidung – es wird maximal nur so viel abgefangen, wie bei der Verbrennung entsteht. Will man wirklich „negative“ Emissionen erreichen, muss man noch mehr Treibhausgas aus der Luft holen. Dies verspricht eine relative junge Spielart der CO₂-Abscheidung: Direct Air Capture (DAC), also die Gewinnung von Kohlendioxid direkt aus der Luft.

Der bekannteste Akteur in diesem Genre ist – zumindest in Europa – die Schweizer Firma Climeworks, eine 2009 von der ETH Zürich ausgegründete Firma. 2017 nahm sie in der Gemeinde Hinwil im Kanton Zürich die nach eigenen Angaben weltweit erste kommerzielle DAC-Anlage in Betrieb, die das abgeschiedene CO₂ an Kunden verkaufte. Die Anlage filterte bislang jährlich einige Hundert Tonnen aus der Luft. Das Gas ging an eine nahe gelegene Gärtnerei, die damit das Gemüse in ihrem Gewächshaus düngte, und an Coca-Cola, das es seinem Sprudel zusetzte.

Mittlerweile ist die Pionieranlage stillgelegt. Man wolle sich auf die Skalierung des Verfahrens konzentrieren, heißt es seitens der Firma. Mit den Anlagen Orca und Mammoth in Island demonstriert man dies.

Der Evaluierungsbericht der Bundesregierung zum Kohlendioxid-Speicherungsgesetz von Dezember 2022 berichtet sogar von aktuell 18 DAC-Anlagen weltweit. Deren gesamte Kapazität liege allerdings bisher bei nur rund 10 000 Tonnen CO₂ pro Jahr. Das entspricht lediglich dem jährlichen Ausstoß von etwa 1000 Durchschnittsbürgern in Deutschland. Es gebe aber Pläne für den Bau einer großen Anlage mit einer Kapazität von 0,5 bis 1 Million Tonnen in Schottland mit Technik der kanadischen Firma Carbon Engineering. Das Projekt trägt den Namen Dreamcatcher. Daneben sind noch die Firmen Global Thermostat (USA) und Soletair Power (Finnland) im Geschäft.

Grundsätzlich bestehen alle diese Prozesse aus drei Schritten: Ansaugen der Luft, Binden des CO₂ an ein Sorptionsmittel und Reinigung des Sorptionsmittels. Anschließend kann der Zyklus von vorne beginnen.

Ganz grob lassen sich die bisherigen Methoden in zwei Gruppen einteilen: Niedertemperaturverfahren, die CO₂ an Feststoffe binden, sowie Hochtemperaturverfahren, die mit Flüssigkeiten arbeiten. Climeworks setzt auf die erste Variante. Das Unternehmen verwendet als Filtermaterial poröse Granulate, auf deren Oberfläche sich Aminverbindungen befinden. Diese adsorbieren das CO₂ beim Durchströmen. Das Adsorptionsmittel wird anschließend bei Temperaturen um 100 Grad im Vakuum regeneriert, wobei konzentriertes CO₂ freigesetzt wird und aufgefangen werden kann. Man spricht in diesem Fall von einer Temperaturwechsel-Adsorption in Kombination mit Druckwechsel-Adsorption. Das geringe Temperaturniveau dieses Verfahrens ermöglicht die Nutzung von Abwärme, etwa aus Elektrolyseuren oder anderen Industrieprozessen. Global Thermostat nutzt ein ähnliches Verfahren.

Auf flüssige Sorptionsmittel setzt unterdessen Carbon Engineering: Angesaugte Luft strömt hierbei über Kalilauge, welche die CO₂-Moleküle bindet. Es bilden sich dabei Carbonatsalze. Bei einer Temperatur zwischen 800 und 900 Grad Celsius wird das CO₂ dann wieder aus der Lauge ausgetrieben. Weitere Prozesse konzentrieren, reinigen und komprimieren das Gas anschließend.

Beide Verfahren haben jeweils ihre Vor- und Nachteile. „Beim Hochtemperaturverfahren braucht man viel Wasser, etwa vier bis fünf Tonnen pro Tonne CO₂„, sagt Simon Block, Forscher am Wuppertal Institut. Das Wasser wird vor allem für die Kühlung benötigt. Beim Niedertemperaturverfahren hingegen gewinne man sogar Wasser, weil einige Adsorptionsmittel auch Feuchtigkeit aus der Luft binden, die dann als Kondenswasser anfällt. Je nach Weltregion kann der Wasserbedarf ein entscheidendes Kriterium sein.

Ein weiterer Unterschied betrifft die Anlagengröße. Die Niedertemperaturverfahren lassen sich gut in modularer Bauweise errichten und damit industriell produzieren. Typisch seien Module mit einer Kapazität von rund 80 Tonnen pro Jahr, sagt Forscher Block. Eine Skalierung der Anlagen erfolgt dann durch eine Vielzahl von Modulen, jeweils in der Größe von Hochseecontainern. Die Hochtemperaturverfahren unterdessen sind nur in größeren Anlagen sinnvoll und können dann Mengen von 0,5 bis zu 1 Million Tonnen pro Jahr erreichen. Zur Einordnung: Deutschland emittiert am Tag etwa 1,8 Millionen Tonnen CO₂.