Kraftstoffe aus der Klimaanlage • WASSER & ABWASSER

KlimaTagBild: DWA
Kraftstoffe aus der Klimaanlage

Kli­ma- und Lüf­tungs­an­la­gen, die aus Koh­len­di­oxid (CO2) und Was­ser aus der Umge­bungs­luft syn­the­ti­sche Kraft­stof­fe her­stel­len – ein Ver­fah­ren, das dies mög­lich machen soll, haben nun For­scher des Karls­ru­her Insti­tuts für Tech­no­lo­gie (KIT) und der Uni­ver­si­ty of Toron­to vor­ge­schla­gen. Dabei sol­len kom­pak­te Anla­gen direkt in Gebäu­den CO2 aus der Umge­bungs­luft abtren­nen und syn­the­ti­sche Koh­len­was­ser­stof­fe her­stel­len, die sich dann als erneu­er­ba­res syn­the­ti­sches Öl nut­zen las­sen. Die­ses „crowd oil“-Konzept stellt das Team nun in Natu­re Com­mu­ni­ca­ti­ons vor.

Um kata­stro­pha­le Aus­wir­kun­gen des glo­ba­len Kli­ma­wan­dels zu ver­hin­dern, müs­sen die vom Men­schen ver­ur­sach­ten Treib­haus­gas­emis­sio­nen in den kom­men­den drei Jahr­zehn­ten auf „null“ gesenkt wer­den. Das geht aus dem aktu­el­len Son­der­be­richt des Inter­go­vernmen­tal Panel on Cli­ma­te Chan­ge (IPCC) deut­lich her­vor. Die not­wen­di­ge Trans­for­ma­ti­on stellt die Welt­ge­mein­schaft vor gewal­ti­ge Her­aus­for­de­rung: Gan­ze Sek­to­ren wie die Strom­erzeu­gung, die Mobi­li­tät oder die Gebäu­de­be­wirt­schaf­tung müs­sen umge­stal­tet wer­den. In einem zukünf­ti­gen kli­ma­freund­li­chen Ener­gie­sys­tem könn­ten syn­the­ti­sche Ener­gie­trä­ger einen wesent­li­chen Bau­stein dar­stel­len: „Wenn wir den erneu­er­ba­ren Wind- und Solar­strom sowie Koh­len­stoff­di­oxid direkt aus der Umge­bungs­luft nut­zen, um Kraft­stof­fe her­zu­stel­len, dann kön­nen wir gro­ße Men­gen an Treib­haus­emis­sio­nen ver­mei­den“, sagt Pro­fes­sor Roland Ditt­mey­er vom Insti­tut für Mikro­ver­fah­rens­tech­nik (IMVT) des KIT.

Wegen der gerin­gen CO2-Kon­zen­tra­ti­on in der Umge­bungs­luft – der Anteil liegt heu­te bei 0,038 Pro­zent – müs­sen aber gro­ße Men­gen Luft in gro­ßen Fil­ter­an­la­gen behan­delt wer­den, um signi­fi­kan­te Men­gen syn­the­ti­scher Ener­gie­trä­gern her­zu­stel­len. Ein For­scher­team rund um Ditt­mey­er und Pro­fes­sor Geoff­rey Ozin von der Uni­ver­si­ty of Toron­to (UoT) in Kana­da schlägt nun vor, die Her­stel­lung syn­the­ti­scher Ener­gie­trä­ger zukünf­tig dezen­tral zu orga­ni­sie­ren – und mit bestehen­den Lüf­tungs- und Kli­ma­an­la­gen in Gebäu­den zu kop­peln. Die not­wen­di­gen Tech­no­lo­gi­en sei­en dafür im Wesent­li­chen vor­han­den und durch die ther­mi­sche und stoff­li­che Inte­gra­ti­on der ein­zel­nen Pro­zess­stu­fen lie­ße sich eine hohe Koh­len­stoff­aus­nut­zung und eine hohe Ener­gie­ef­fi­zi­enz errei­chen, so Ditt­mey­er: „Wir wol­len die Syn­er­gi­en zwi­schen der Lüf­tungs- und Kli­ma­tech­nik auf der einen und der Ener­gie- und Wär­me­tech­nik auf der ande­ren Sei­te nut­zen, um Kos­ten und Ener­gie­ver­lus­te bei der Syn­the­se zu sen­ken. Dar­über hin­aus könn­ten durch ‚crowd oil‘ vie­le neue Akteu­re für die Ener­gie­wen­de mobi­li­siert wer­den. Wie gut das funk­tio­nie­ren kann, haben wir bei den pri­va­ten Pho­to­vol­ta­ik­an­la­gen gese­hen.“ Für die Umwand­lung des CO2 wür­den aller­dings gro­ße Men­gen an elek­tri­schem Strom zur Her­stel­lung von Was­ser­stoff bezie­hungs­wei­se Syn­the­se­gas benö­tigt. Die­ser Strom müs­se CO2-frei sein, das heißt er darf nicht aus fos­si­len Quel­len stam­men. Ein for­cier­ter Aus­bau der erneu­er­ba­ren Strom­erzeu­gung, unter ande­rem auch durch gebäu­de­in­te­grier­te Pho­to­vol­ta­ik, sei daher not­wen­dig, so Ditt­mey­er.

In einer gemein­sa­men Ver­öf­fent­li­chung in der Fach­zeit­schrift Natu­re Com­mu­ni­ca­ti­ons zei­gen die Wis­sen­schaft­ler um Roland Ditt­mey­er vom KIT und Geoff­rey Ozin von der UoT anhand quan­ti­ta­ti­ver Betrach­tun­gen am Bei­spiel von Büro­ge­bäu­den, Super­märk­ten und Ener­gie­spar­häu­sern das CO2-Ein­spa­rungs­po­ten­zi­al ihrer Visi­on von dezen­tra­len, an Gebäu­de­in­fra­struk­tur gekop­pel­ten Kon­ver­si­ons­an­la­gen. Sie schät­zen, dass ein signi­fi­kan­ter Anteil der in Deutsch­land für Mobi­li­tät ein­ge­setz­ten fos­si­len Ener­gie­trä­ger durch „crowd oil“ ersetzt wer­den könn­te. Nach den Berech­nun­gen des Teams wür­de bei­spiels­wei­se allein die Men­ge CO2, die poten­zi­ell in den Lüf­tungs­an­la­gen der rund 25 000 Super­märk­te der drei größ­ten Lebens­mit­tel­händ­ler Deutsch­lands abge­schie­den wer­den könn­te, aus­rei­chen, um etwa 30 Pro­zent des Kero­sin­be­darfs oder rund acht Pro­zent des Die­sel­be­darfs in Deutsch­land zu decken. Zudem wäre eine Ver­wen­dung der erzeug­ten Ener­gie­trä­ger in der che­mi­schen Indus­trie als uni­ver­sel­le Syn­the­se­bau­stei­ne mög­lich.

Das Team kann dabei auf Vor­un­ter­su­chun­gen der ein­zel­nen Pro­zess­schrit­te und Pro­zess­si­mu­la­tio­nen, unter ande­rem aus dem Koper­ni­kus-Pro­jekt P2X des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Bil­dung und For­schung zurück­grei­fen. Auf die­ser Grund­la­ge rech­nen die Wis­sen­schaft­ler mit einer Ener­gie­ef­fi­zi­enz – das heißt hier, dem Anteil der auf­ge­wen­de­ten elek­tri­schen Ener­gie, der in che­mi­sche Ener­gie umge­wan­delt wer­den kann – von etwa 50 bis 60 Pro­zent. Dar­über hin­aus erwar­ten sie eine Koh­len­stoff­ef­fi­zi­enz – also den Anteil der auf­ge­wen­de­ten Koh­len­stoff­ato­me, die sich im pro­du­zier­ten Kraft­stoff wie­der­fin­den – von etwa 90 bis annä­hernd 100 Pro­zent. Um die­se Simu­la­ti­ons­er­geb­nis­se bestä­ti­gen zu kön­nen, bau­en die For­scher des IMVT zusam­men mit Pro­jekt­part­nern der­zeit am KIT den voll inte­grier­ten Pro­zess auf, mit einem geplan­ten CO2-Umsatz von 1,25 Kilo­gramm pro Stun­de.

Gleich­zei­tig arbei­ten die Wis­sen­schaft­ler aber auch her­aus, dass das vor­ge­schla­ge­ne Kon­zept – selbst bei flä­chen­de­cken­der Ein­füh­rung – nicht in der Lage wäre, den heu­ti­gen Bedarf an Roh­öl­pro­duk­ten voll­stän­dig zu decken. Das Redu­zie­ren des Bedarfs an flüs­si­gen Kraft­stof­fen blei­be eine Not­wen­dig­keit, bei­spiel­wei­se durch neue Mobi­li­täts­kon­zep­te und den Aus­bau des öffent­li­chen Nah­ver­kehrs. Obwohl die Bau­stei­ne der vor­ge­schla­ge­nen Tech­no­lo­gie wie die Anla­gen zur CO2-Abtren­nung und zur Syn­the­se von Ener­gie­trä­gern teil­wei­se schon heu­te kom­mer­zi­ell erhält­lich sind, so die For­scher, bedür­fe es außer­dem noch gro­ßer For­schungs- und Ent­wick­lungs­an­stren­gun­gen sowie einer Anpas­sung der recht­li­chen und gesell­schaft­li­chen Rah­men­be­din­gun­gen, um die­se Visi­on in die Pra­xis umzu­set­zen.