Technologische Entwicklung: Die NET-Pioniere

Soll das Konzept der negativen CO2-Emissionen aufgehen, braucht es neue Technologien und Geschäftsmodelle. In beiden Bereichen spielen Schweizer Firmen vorne mit.

Text: Kaspar Meuli

Auf dem Dach der Kehrichtverbrennungsanlage in Hinwil (ZH) wird die Zukunft geprobt. Zu sehen gibt es eine ganze Batterie von Ventilatoren; zu hören ein Rauschen wie von einem überdimensionierten Dampfabzug. Die Apparate gehören der Zürcher Firma Climeworks – und sie zeigen, dass Negativemissionstechnologien (NET) weit mehr sind als Pilotprojekte. Die Anlage unter dem Kamin der Kehrichtverbrennungsanlage läuft seit 2017 und filtert mittlerweile jährlich 1500 Tonnen CO2 aus der Luft. Das Gas wird in grosse Tanks gepumpt und verkauft. Als Dünger in Treibhäusern und zur Herstellung von Mineralwasser.

Daniel Egger, der Chief Commercial Officer von Climeworks, erklärt anschaulich, wie die Filterung von CO2 aus der Luft funktioniert: «Im Innern unserer Maschinen, wir nennen sie CO2-Kollektoren, gibt es einen Filter, der CO2 anzieht. Das CO2 muss man sich als Säure vorstellen und das Filtermaterial als Base. Wenn die beiden zusammentreffen, gehen sie eine schwache chemische Verbindung ein. Diesen Mechanismus nutzen wir, um das CO2 aus der Atmosphäre einzufangen.» Ist der Filter voll, wird er erhitzt – in Hinwil stammt die Wärme dazu aus der Kehrichtverbrennung – und das CO2 kann in hochreiner und hochkonzentrierter Form aufgefangen werden.

Die Anlage der Firma Climeworks in Hinwil (ZH) filtert jährlich 1500 Tonnen CO2 aus der Luft.
© Miriam Künzli | Ex-Press

ETH-Spin-off im Vormarsch

Das Climeworks-Konzept ist eine von verschiedenen NET-Methoden, die unter dem Begriff «Direct Air Capture and Storage», kurz DACCS, bekannt sind. Der Ansatz geht auf die Forschungsarbeiten der Doktoranden Christoph Gebald und Jan Wurzbacher zurück. Die beiden haben 2009 Climeworks gegründet und in den Labors der ETH Zürich erste Prototypen entwickelt. Mittlerweile hat das Unternehmen Risikokapital von weit über 150 Millionen Franken investiert und zählt 160 Mitarbeitende. Es ist zwar noch nicht profitabel, aber es baut und betreibt Anlage um Anlage. Über Europa verteilt, sind es inzwischen 15. Vor allem aber hat Climeworks seine Aktivitäten diversifiziert. Unter anderem ist das Unternehmen an der Herstellung von synthetischem Treibstoff für Flugzeuge auf Basis von CO2 beteiligt. Und es bietet Privaten und Firmen an, ihre Emissionen zu kompensieren, indem sie für von Climeworks gefiltertes CO2 bezahlen. Dieses Angebot wird unter anderem von Kunden wie Microsoft und Swiss Re genutzt. Der Schweizer Rückversicherer hat dazu 2021 einen zehnjährigen Vertrag über 10 Millionen Dollar abgeschlossen.

Doch was ist mit dem CO2, das Climeworks durch den Bau und Betrieb seiner Anlagen ausstösst? «Wir haben von verschiedenen unabhängigen Stellen Lebenszyklusanalysen durchführen lassen», erklärt Daniel Egger. «Diese Untersuchungen kommen alle zum Schluss, dass unsere Technologie effizient ist. Wenn unsere Anlagen mit erneuerbarer Energie betrieben werden, verursachen sie weniger als 10 Prozent des CO2, das sie filtern.» Ziel sei, diesen Wert weiter zu senken. Gemäss Modellrechnungen sollte ein Wert von 4 Prozent möglich sein. Zu den ökologischen Pluspunkten, so Egger, zähle auch, dass «Direct Air Capture» von allen Methoden zur CO2-Filterung am wenigsten Land und Wasser verbrauche.

In Island, wo Climeworks 2021 ihre bisher grösste, Orca genannte Anlage direkt neben einem geothermischen Kraftwerk in Betrieb genommen hat, wird das gefilterte CO2 nicht weiterverwendet, sondern definitiv gespeichert. Dafür ist ein isländisches Partnerunternehmen namens Carbfix zuständig.Carbfix erforscht seit 2007, wie sich CO2 stabil und nachhaltig im Untergrund lagern lässt. Ihre Methode: Das Gas wird in Wasser gelöst und in Basalt injiziert. In über 400 Metern Tiefe reagiert die Flüssigkeit mit den vulkanischen Gesteinsformationen und wird in weniger als zwei Jahren mineralisiert. Mit anderen Worten: Das CO2 bleibt durch einen natürlichen Prozess auf ewig in Stein gebunden. In Island sind die geologischen Bedingungen für diese Art von Speicherstätte zwar besonders günstig, doch, so die Firma, die Methode lasse sich auch an vielen anderen Orten auf der Welt gut anwenden – ob auch in der Schweiz Untergrundspeicher möglich sind, ist allerdings noch ungewiss. 

Neben der Anlage in Hinwil (ZH) betreibt die Firma Climeworks 14 weitere in ganz Europa.
© Miriam Künzli | Ex-Press

KVA Linth will CO2 filtern

Auch in der Schweiz denkt man darüber nach, unter der Nordsee CO2 einzulagern. So spielt «Northern Lights», ein Projekt des staatlichen norwegischen Energiekonzerns Equinor, neben anderen Lagerstätten etwa in den Plänen der KVA Linth eine Rolle. Die Kehrichtverbrennungsanlage in Niederurnen (GL) will CO2 herausfiltern, bevor es den Kamin verlässt, und erstellte dazu zusammen mit der ETH Zürich und norwegischen Partnern eine Studie. Geprüft wurden unter anderem die technische Machbarkeit und die Kosten. Fraglich ist allerdings noch, wie das Gas transportiert werden soll. In einem ersten Schritt steht eine Kombination aus Bahn und Schiff im Vordergrund. Der Plan ist ambitioniert: Noch dieses Jahrzehnt möchte die Kehrichtverbrennungsanlage von einem der grössten CO2-Produzenten der Region die erste KVA des Landes mit einem negativen Treibhausgasausstoss werden. Ob die Filteranlage tatsächlich gebaut wird, soll frühestens 2025 entschieden werden.

Die Wärme zur Erhitzung der CO2-Filter stammt in Hinwil aus der Kehrichtverbrennung.
© Miriam Künzli | Ex-Press

Pflanzenkohle vom Kehrichtverwerter

Mit den IWB (Industrielle Werke Basel) befasst sich in der Schweiz ein weiterer Kehrichtverwerter, der aber in erster Linie in der Energie- und Wasserversorgung tätig ist, mit NET. Die Firma hat vor Kurzem eine Pyrolyse-Anlage zur Produktion von Pflanzenkohle in Betrieb genommen. In der Anlage wird bisher ungenutztes Landschaftspflegeholz unter Sauerstoffausschluss verkohlt. Die dabei entstehende Wärme heizt das lokale Fernwärmenetz, und die Kohle kann unter anderem zur Bodenverbesserung in der Landwirtschaft eingesetzt werden. Dabei bleibt das in der Kohle gespeicherte CO2 langfristig im Boden. «Wir nutzen ausschliesslich einen natürlichen und unbehandelten Rohstoff», betonen die IWB, «das ist wichtig, wenn die Pflanzenkohle in den Boden eingebracht wird.» Nach den Berechnungen des Unternehmens soll die Pflanzenkohleherstellung der Atmosphäre jährlich mehr als 1000 Tonnen CO2 entziehen und Wärme für rund 300 Haushalte liefern.

Beton als CO2-Speicher 

Ein grosses Thema ist in der Schweizer Szene der NET-Pioniere nicht zuletzt Beton. Mit gutem Grund. Zement, ein Kernbestandteil von Beton, ist einer der grossen Klimaschädlinge: Er verursacht bei einem Gebäudebau bis zur Hälfte der CO2 -Emissionen. Und weltweit emittiert die Zementindustrie rund doppelt so viel CO2 wie der gesamte Flugverkehr.

Viel von sich reden macht deshalb das Berner Start-up neustark. Was 2017 im Labor begann, ist heute eine marktreife Technologie, mit der sich CO2 in Beton speichern lässt. Das Vorgehen: Aus der Atmosphäre abgeschiedenes CO2 wird dauerhaft in einem Granulat aus Abbruchbeton gebunden. Dazu wird der zerkleinerte Beton während ein bis zwei Stunden mit CO2 angereichert. Das CO2 – es stammt zurzeit aus der ARA Bern, wo es freigesetzt wird, wenn Biomasse vergärt – reagiert mit den Zementresten im Beton und versteinert. Das angereicherte Granulat wird anschliessend anstelle von Kies zur Herstellung von Frischbeton eingesetzt. So etwa von der Firma Kästli im bernischen Rubigen.

Arbeit an der zweiten Generation

Im Moment können durch diese Methode 10 Kilogramm CO2 pro Kubikmeter Beton gebunden werden. Das ermöglicht die Produktion von Frischbeton mit einer um 10 Prozent verbesserten CO2-Bilanz. Ganz klimaneutral ist der neustark-Beton also nicht. Doch das ETH-Spinn-off arbeitet bereits an einer zweiten Generation seiner Technologie, mit der sich die CO2-Speicherkapazität im Betonbruch nochmals deutlich steigern lässt. Damit will das Unternehmen ab 2025 eine dauerhafte Speicherung von über 150 kg CO2 pro Kubikmeter Beton erreichen.

Besonders vielversprechend am Ansatz: Die Betonherstellung muss nicht auf den Kopf gestellt werden. Die flexiblen Anlagen lassen sich bei jedem Betonwerk nachrüsten. Und: Der Beton hat dieselben Eigenschaften, seiner Oberfläche sieht man das eingelagerte CO2 nicht an. Sichtbeton bleibt Sichtbeton. Mit dem neuartigen Beton wird denn auch bereits gebaut. Unter anderem bietet Kibag, eine der grossen Baustoffproduzentinnen der Schweiz, einen nach dem neustark-System produzierten Beton an. 

Auch wenn die Kosten noch hoch sind: Die Methode zur Herstellung eines klimafreundlicheren Betons funktioniert, erste Produkte sind erhältlich – was jetzt noch fehlt, ist die Nachfrage. Das lässt sich auch von den NET im Allgemeinen sagen: Damit sie sich durchsetzen, braucht es einen Markt. Die Schweizer Akteure sind zwar gut positioniert, aber sie müssen sich auf internationale Konkurrenz gefasst machen.

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Letzte Änderung 01.06.2022

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