Reaktorprototyp kombiniert Mikroorganismen, Mineralien und KI zur CO2-Entfernung
Europa muss schnell handeln, um die Emission von Treibhausgasen, insbesondere CO2, zu reduzieren oder zu beenden. Mit der vorhandenen Technologie ist jedoch nicht immer zu verhindern, dass dieses Treibhausgas freigesetzt wird. Für Verschmutzungsquellen, die sich aus zahlreichen Aktivitäten wie dem Verkehr, der Landwirtschaft und Energieverbrauch der Haushalte ergeben, stellt die Kohlendioxidabscheidung und -speicherung (CCS), die eine vielversprechende Lösung zur Reduzierung der CO2-Emissionen ist, keine Option dar.
Potenzielle bahnbrechende Neuerung bei CO2-Entfernung
Traditionelle CCS-Lösungen sind nur in sehr großen Maßstäben wirtschaftlich tragfähig, denn dann rechtfertigt eine zentrale Abscheidung und geologische Speicherung die hohen Kapital- und Transportkosten. Das Team des EU-finanzierten Projekts BAM(öffnet in neuem Fenster) hat diese Lücke geschlossen und eine Technologie erforscht, die unabhängig und ohne großen Energiebedarf an mehreren lokalen Standorten zu betreiben ist und gleichzeitig für dauerhafte CO2-Speicherung sorgt. Die Initiative BAM zielte darauf ab, eine neuartige Technologie zu entwickeln, bei der Mikroorganismen und andere Lebewesen eingesetzt werden, um Gesteine dabei zu unterstützen, auf natürliche Weise CO2 zu absorbieren und der Luft wirkungsvoller zu entziehen, vorzugsweise unter Verwendung von Mineralabfällen. „Auf diese Weise beabsichtigten wir, eine energiesparende Kohlenstoffbindung zu erreichen“, erklärt Ivan Janssens, Professor an der Universität Antwerpen, Belgien, der das Projekt koordinierte. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei diesem Verfahren ein Zusatzstoff, der die Bodenqualität verbessert und gleichzeitig mehr CO2 aus der Atmosphäre entfernt, als bei seiner Produktion und Verwendung entsteht, sowie eine Flüssigkeit entstehen, die eine weitere Versauerung von Böden und Meerwasser verhindert. Es bietet eine technologische Lösung für die vielen kleineren CO2-Emittenten, die über ein großes Gebiet verstreut sind. „Da die Kosten für CO2-Emissionen in den kommenden Jahrzehnten voraussichtlich steigen werden, wächst die Nachfrage nach flexiblen, modularen Verfahren, mit denen sich Emissionen aus dezentralen Quellen effizient reduzieren lassen“, erklärt Janssens. „Aus diesem Grund wird eine vor Ort einsetzbare Technologie zur effizienten CO2-Entfernung benötigt, die keine Investitionen in eine umfangreiche Infrastruktur erfordert.“
Völlig neuartiger Ansatz für CO2-Entfernungstechnologie
Das Team von BAM demonstrierte, dass die Silikatverwitterung, ein natürlicher chemischer Prozess, bei dem Gestein im Lauf der Zeit CO2 aus der Luft aufnimmt, unter normalen, alltäglichen Reaktorbedingungen beschleunigt werden kann. Eine wichtige Erkenntnis aus dieser Arbeit lautete, dass die Steuerung von Bedingungen wie pH-Wert, Durchfluss und Durchmischung von wesentlicher Bedeutung ist, um sicherzustellen, dass die CO2-Aufnahme nicht nur effizient, sondern auch nachhaltig und robust erfolgt. Dieser Effekt hatte einen größeren Einfluss als die Mithilfe der Mikroorganismen oder anderer Lebewesen. Die Kerninnovation bestand in der Entwicklung eines hybriden geochemischen Maschinenlernmodells. Mit diesem Modell wird durch Integration von Echtzeitsensordaten der Reaktor automatisch auf maximale Effizienz eingestellt. Im Ergebnis dessen werden die gegenwärtigen Einschränkungen überwunden. Dabei handelt es sich vor allem um CO2 oder Reaktanten, bei denen Schwierigkeiten bestehen, an den Ort zu gelangen, an dem die Reaktionen stattfinden, sowie um neu gebildete Mineralien, die Oberflächen blockieren oder Stoffe einschließen und somit weitere Reaktionen verhindern.
Auf dem Weg zum marktreifen Reaktor
Auch wenn im Rahmen von BAM noch kein kommerziell verfügbarer Reaktor bereitgestellt wurde, konnten dennoch beträchtliche neue Erkenntnisse darüber gewonnen werden, wie Gestein mit sehr geringem Energieaufwand viel schneller zerlegt und zur Reaktion gebracht werden kann. „In Zukunft könnte der derzeitige Prototypreaktor mit einem zentralisierten, vollautomatischen Steuerungs- und Überwachungssystem aufgerüstet werden, das Sensoren und Aktoren für den Wasseraustausch, die Bewässerung, das Mischen und die Dosierung von Chelatbildnern miteinander verbindet, wodurch Reaktionen wie Verwitterung oder CO2-Aufnahme schneller ablaufen können“, schließt Janssens seine Ausführungen. „Dank dieser Aufrüstung wird ein unterbrechungsfreier Betrieb möglich und es werden hochwertige Daten zur Kalibrierung und Validierung des Hybridmodells generiert.“
