CORA – CO₂-Abtrennung aus Luft für Power-to-X-Prozesse zur Sektorkopplung

Kohlendioxid am laufenden Band

Kohlendioxid und Wasser sind zukunftsfähige Roh-stoffe für Power-to-X-Prozesse, die Luft eine nahezu unerschöpfliche und ortsunabhängige Quelle. Kohlendioxid aus der Luft zu filtern, ist ein komplexer Prozess. Für die Abtrennung und Aufkonzentration werden Strom und Wärme benötigt. Die CO₂-Abtrennung aus der Luft ist vor allem für Standorte mit günstigen Wind- und PV-Bedingungen geeignet, an denen künftig Power- to-X-Produkte im großen Stil hergestellt werden sollen. Kurzfristig können so CO₂-Verbrauchende, die bislang ihr CO₂ aus der Verbrennung fossiler Brenn-stoffen erzeugen, ihre Versorgung auf eine erneuerbare Variante umstellen. Langfristig kann die CO₂-Abtrennung aus der Luft die Emissionen verringern und damit die Klimaziele unterstützen, wenn die fossilen CO₂-Emissionen bis auf einen unvermeidbaren Rest redu-ziert wurden.

Im Verbundprojekt „CORA – CO₂-Abtrennung aus Luft für Power-to-X-Prozesse zur Sektorkopplung“ stellen sich die Projektpartnerinnen und -partner der Heraus-forderung, eine wirksame und gut skalierbare Technologie umzusetzen. Dabei wird zunächst ein Gewebe-/Vliesband entwickelt, welches effizient CO₂ ab und desorbiert. Dies übernehmen die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF). Parallel dazu entwickeln und erproben Forschende des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) einen Bandapparat, der es ermöglicht, in verschiedenen Zonen des durchlaufenden Bands CO₂ und H₂O mit Hilfe von Prozess-abwärmen wie die Elektrolyse oder nachgelagerte eFuel-Synthese zu desorbieren und in konzentrierter Form bereit zu stellen.

Die günstigste und effizienteste Methode

Für die CO₂-Abtrennung aus der Luft wurden am ZSW bereits zwei kontinuierlich nutzbare Verfahren entwickelt und demonstriert. In beiden Verfahren erfolgt die CO₂-Absorption durch einen Waschprozess. In einer ersten Verfahrensvariante im Jahr 2009 wurde das CO₂ mit Hilfe einer wässrigen Natronlauge (NaOH) absorbiert, wobei die gebildete Carbonat-Lösung elektrisch mittels Dialyse regeneriert wurde. Der Stromverbrauch war entsprechend hoch: über fünf elektrische Kilowattstunden pro Kilogramm CO₂. In einer weiterentwickelten Variante in der Zeit von 2016 bis 2019 wurde als CO₂-Sorbens eine wässrige Lösung hochmolekularen Polyethylenimins (PEI) eingesetzt. Dies ermöglichte eine thermische CO₂-Desorption, wobei Abwärme aus nachgelagerten Power-to-X Schritten eingesetzt werden kann. Dadurch reduziert sich der Stromverbrauch für die CO₂-Bereitstellung erheblich: auf unter zwei elektrische Kilowattstunden pro Kilogramm CO₂.

Ziel des neu zu entwickelnden Verfahrens in „CORA“ ist es zum einen, durch den Verzicht von großen Luftgebläsen den Stromverbrauch weiter zu minimieren. Zum anderen soll statt des Wasserverbrauchs – wie bisher beim Luftwäscher – Wasser aus dem Prozess gewonnen werden. CO₂ soll dabei auf einem umlaufenden Gewebeband und darauf fixierten Amingruppen adsorbiert werden, weshalb der Materialentwicklung durch die DITF große Bedeutung zukommt. Parallel dazu erfolgt die technische Auslegung und Entwicklung eines Bandapparates, in dem kontinuierlich CO₂ und H₂O effizient desorbiert und bereitgestellt werden kann.

Um sicherzustellen, dass das neue Verfahren auch den klimapolitischen Zielen entspricht und ökologisch sinnvoll ist, ergänzen die Forschenden des Instituts für Energie- und Umweltforschung (ifeu) die Arbeiten durch eine umfassende Ökobilanzierung und eine Beurteilung der CO₂ Langzeitspeicherung.

Kompezenz für industrielle Umsetzung

Das Forschungsteam besteht neben den Forschungsinstituten DITF, ifeu, ZSW aus dem assoziierten Industriepartner Mercedes Benz. Mit dem neuen „CORA“-Verfahren wird sowohl eine Reduzierung des erforderlichen elektrischen Stromverbrauchs auf Werte unter 0,5 elektrischen Kilowattstunden pro Kilogramm CO₂ als auch eine Reduzierung des Prozesswärmebedarfs angestrebt. Ziel ist außerdem die Entwicklung eines kostengünstigen CO₂-Sorbens auf Basis von Cellulosevlies und Aminen als Grundlage für eine wettbewerbsfähige Industrialisierung und Skalierbarkeit der Technologie. Die Möglichkeit zur parallelen CO₂- und H₂O-Bereitstellung prädistiniert das neue Verfahren zum geeigneten Rohstofflieferanten für Power-to-X-Prozesse an abgelegenen Standorten mit guten PV- und Windstrom-Bedingungen.

Eine weitere Beteiligung von Industriepartnerinnen und -partnern während des Projekts wird angestrebt, um die weiteren Industrialisierungsschritte und die großskalige Umsetzung vorzubereiten.

CORA-Projektblatt zum Download