Technologien für negative Emissionen (NETs): Ein Vergleich verschiedener Dekarbonisierungs-Strategien

Im Kampf gegen den Klimawandel haben sich Technologien für negative Emissionen (Negative Emissions Technologies, NETs) als entscheidende Werkzeuge im globalen Dekarbonisierungsmarkt herauskristallisiert. Wie das bahnbrechende DAC.SI-Projekt in Brasilien zeigt, erfordert das Erreichen der Klimaziele eine umfassende Strategie, die sowohl erhebliche Dekarbonisierungsmaßnahmen als auch den Einsatz von NETs einschließt [1]. Laut dem IPCC müssen wir bis 2050 jedes Jahr 10 Milliarden Tonnen CO₂ aus der Luft entfernen, um unsere globalen Klimaziele zu erreichen [2]. Werfen wir einen Blick auf das Spektrum dieser Technologien und ihre Unterschiede.

Ein Vergleich: DAC vs. BECCS vs. ozeanbasierte CO₂-Entfernung

Direct Air Capture (DAC)

Direkte Luftabscheidung DAC-Anlage von DACMA in Brasilien 300TA CO2 — DAC-Anlage von DACMA in Brasilien 300TA CO2

DAC-Technologie entfernt CO₂ direkt aus der Atmosphäre und stellt somit eine technisch entwickelte Lösung zur Minderung des Klimawandels dar [1]. In Kombination mit geologischer Kohlenstoffspeicherung spricht man von Direct Air Carbon Capture and Storage (DACCS). Das DAC.SI-Projekt in Brasilien ist das erste seiner Art in Südamerika mit drei Einheiten auf unterschiedlichen technologischen Reifegraden:

Die DAC-Testanlage (in Betrieb seit September 2023)
Der DAC 15TA (in Betrieb seit April 2024) mit einer Kapazität von 15 Tonnen CO2 /Jahr
Die DAC 300TA Anlage (in Betrieb seit November 2024) mit einer Kapazität von 300 Tonnen/Jahr [1]

Derzeit gibt es weltweit 27 in Betrieb befindliche DAC-Anlagen, die fast 0,01 Mio. Tonnen CO₂ pro Jahr einfangen, und es gibt Pläne für etwa 130 weitere Anlagen in verschiedenen Entwicklungsstadien [3].

Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (BECCS)

BECCS kombiniert die Energieerzeugung aus Biomasse mit der Technologie der Kohlenstoffabscheidung. Im Gegensatz zu DAC, das CO₂ direkt aus der Luft abscheidet, werden bei BECCS die Emissionen aus der Verbrennung von Biomasse abgeschieden. Pflanzen nehmen während ihres Wachstums auf natürliche Weise CO₂ auf. Wenn diese Biomasse zur Energiegewinnung genutzt wird, werden die entstehenden Emissionen aufgefangen und unterirdisch gespeichert [4].

Ozeanbasiertes CO₂ Beseitigung

Zu den ozeanbasierten Ansätzen gehören die Alkalisierung der Ozeane, der Anbau von Algen und der künstliche Auftrieb. Diese Methoden nutzen die natürliche Fähigkeit des Ozeans, Kohlenstoff zu absorbieren, stehen aber vor Herausforderungen im Zusammenhang mit den Auswirkungen auf das Ökosystem und der Überprüfung der Kohlenstoffbindung [5].

Bewertung des Energiebedarfs und der Umweltauswirkungen verschiedener NETs

Energie-Effizienz

Das DAC.SI Projekt berichtet, dass sein DAC 300TA System ungefähr 1.289 kWh pro Tonne CO₂ benötigt, davon 398 kWh für elektrische Komponenten und 891 kWh für thermische Energie [1]. Dies sind Zielvorgaben, die zu Beginn des Projekts festgelegt wurden und die heute nicht erreicht werden.
Dies bietet Möglichkeiten für die Integration mit Abwärmequellen in Industriegebieten.
BECCS kann im Vergleich dazu potenziell Nettoenergie erzeugen und gleichzeitig Kohlenstoff binden, obwohl die tatsächliche Leistung stark von der Biomassequelle, dem Transport und der Verarbeitungseffizienz abhängt [6].

Wasserverbrauch

Der Wasserverbrauch ist ein weiterer kritischer Faktor. Das DAC 300TA System verbraucht etwa 2 Tonnen Wasser pro Tonne abgeschiedenem CO₂ [1]. Andere NETs unterscheiden sich erheblich in ihrem Wasserbedarf, wobei einige BECCS-Implementierungen erhebliche Wassermengen für die Biomasseproduktion benötigen [7].

Land Anforderungen

DAC-Systeme haben einen relativ kleinen Platzbedarf im Vergleich zu BECCS, das erhebliche Flächen für den Anbau von Biomasse benötigt. Ozeanbasierte Methoden haben einen minimalen Landbedarf, werfen aber andere Umweltaspekte auf [8].

Wie NETs andere Dekarbonisierungsbemühungen wie die Emissionsreduzierung ergänzen können

Umgang mit verschiedenen Emissionsquellen

NETs sind besonders wertvoll für die Bekämpfung der historischen CO₂-Produktion und der Scope 3-Emissionen, die sich nur schwer direkt beseitigen lassen [1]. Sie ergänzen traditionelle Strategien zur Emissionsreduzierung wie die Einführung erneuerbarer Energien, Verbesserungen der Energieeffizienz und Elektrifizierung.

Regionale Umsetzungsstrategien

Wie das DAC.SI-Projekt zeigt, können NETs auf die regionalen Bedingungen zugeschnitten werden. Brasiliens enorme saubere Energieressourcen, sein geologisches Potenzial für die unterirdische CO₂-Speicherung (z. B. durch mineralische Karbonisierung in Basaltgestein) und seine einzigartigen Umweltbedingungen machen das Land besonders geeignet für bestimmte NET-Ansätze [1].

Integration mit Energiesystemen

Das Projekt DAC.SI erforscht Möglichkeiten zur Reduzierung des Energiebedarfs durch die gemeinsame Nutzung von Infrastruktur und Abwärme, um das Dekarbonisierungspotenzial von DAC weiter zu erhöhen [1]. Dieser Ansatz der Systemintegration zeigt, wie Netze in bestehende Energie- und Industrieinfrastrukturen integriert werden können.

Die Zukunft der NETs in der globalen Klimastrategie

Die Entwicklung von Netzen, insbesondere in Regionen wie Brasilien, ist für die Förderung einer umfassenden und gerechten globalen Antwort auf den Klimawandel unerlässlich. Derzeit konzentrieren sich die CDR-Initiativen vor allem auf die Industrieländer [9], aber die Ausweitung dieser Technologien auf den globalen Süden ist angesichts des zunehmenden Bevölkerungswachstums, der steigenden CO₂-Emissionen und des wachsenden wirtschaftlichen Einflusses dieser Regionen entscheidend.

Brasiliens aktualisierter Nationally Determined Contribution (NDC) setzt sich zum Ziel, die Netto-THG-Emissionen bis 2025 um 48,4 % und bis 2030 um 53,1 % gegenüber dem Niveau von 2005 zu reduzieren und bis 2050 netto null THG-Emissionen zu erreichen [1]. NETs werden eine entscheidende Rolle bei der Erreichung dieser ehrgeizigen Ziele spielen.

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Referenzen:

[1] Dalla Vecchia, F., et al. (2024). Leading the way: Brazil’s pioneering steps toward Direct Air Capture (DAC) deployment in South America. 17th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies, GHGT-17.

[2] IPCC. (2023). Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.

[3] International Energy Agency (IEA). (2023). Direct Air Capture. www.iea.org/reports/direct-air-capture.

[4] Fajardy, M., & Mac Dowell, N. (2017). Can BECCS deliver sustainable and resource efficient negative emissions? Energy & Environmental Science, 10(6), 1389-1426.

[5] National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. (2022). A Research Strategy for Ocean-based Carbon Dioxide Removal and Sequestration. The National Academies Press.

[6] Smith, P., et al. (2016). Biophysical and economic limits to negative CO₂ emissions. Nature Climate Change, 6(1), 42-50.

[7] Fuss, S., et al. (2018). Negative emissions—Part 2: Costs, potentials and side effects. Environmental Research Letters, 13(6), 063002.

[8] Minx, J.C., et al. (2018). Negative emissions—Part 1: Research landscape and synthesis. Environmental Research Letters, 13(6), 063001.

[9] Sovacool, B.K. (2023). Expanding carbon removal to the Global South: Thematic concerns on systems, justice, and climate governance. Energy and Climate Change, 4, 100103.