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Der Konsumgüterhersteller Henkel hat ein Battery Engineering Center in Düsseldorf eröffnet. Es integriert Materialanwendungstechnik, Batteriesystemtests im Maßstab 1:1, Simulation und Produktentwicklung. Die Laborbeschäftigten prüfen Sicherheit, Nachhaltigkeit, Wärmemanagement, Design und Batteriezellentechniken für Elektrofahrzeuge (Foto).<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/ACnOln6oTs6ZwjZ43avF">Im Battery Engineering Center in Düsseldorf. Foto: Henkel

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Der Konsumgüterhersteller Henkel hat ein Battery Engineering Center in Düsseldorf eröffnet. Es integriert Materialanwendungstechnik, Batteriesystemtests im Maßstab 1:1, Simulation und Produktentwicklung. Die Laborbeschäftigten prüfen Sicherheit, Nachhaltigkeit, Wärmemanagement, Design und Batteri...

Das Schweizer Unternehmen Climeworks baut Anlagen, die CO2 aus der Umgebungsluft abscheiden. Im Interview erläutert Carlos Härtel, Senior Technology Advisor der Geschäftsführung, wie das als Direct Air Capture bezeichnete Verfahren funktioniert und warum er in der Chemieindustrie einen wichtigen Partner sieht.Herr Härtel, Climeworks hat sich mit dem Einfangen von CO2 aus der Luft eine mühsame Aufgabe vorgenommen, denn unsere Atmosphäre enthält zwar eindeutig zu viel, aber mit 0,04 Volumenprozent eben doch sehr wenig CO2. Was treibt Sie an?Carlos <link href="#nadc20234136774-fig-0001">Härtel: Viele fragen uns, ob es denn nicht reiche, wenn man CO2 bei den Kraftwerken und in der Industrie einfängt, wenn man sozusagen auf Schornsteine einen Deckel setzt. Aber es ist wie mit dem Plastik in den Ozeanen: Der Dreck bleibt im Meer, auch wenn wir jetzt alle Flüsse sauber halten würden. Es ist zu viel CO2 in der Luft, und einer muss es rausholen. Das sehen wir ein Stück weit als unsere Aufgabe an, um das Gleichgewicht in der Atmosphäre wieder herzustellen. Das allgemeine Interesse am Direct Air Capture lässt sich übrigens zurückverfolgen auf die Berichte des Weltklimarates IPCC. Vor fünf Jahren stand dort, dass wir zu lange nichts gemacht haben und daher negative Emissionen brauchen werden. Bis dahin galt Direct Air Capture als verrückte Idee, doch dann ging es richtig los.<figure xml:id="nadc20234136774-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/rVO6xTarSSqkaXuSRhUg"><figcaption><label>Abb.1: </label>Der habilitierte Ingenieur der Luft- und Raumfahrttechnik, Carlos Härtel, ist Senior Technology Advisor beim Schweizer Unternehmen Climeworks. Die Anlage namens Orca fängt auf Island CO2 aus der Luft und presst es in den Untergrund, wo es mineralisiert. Fotos: Climeworks</figcaption></figure></figure>Sie müssen viel Luft durch ihre Anlagen ziehen, um eine nennenswerte Menge Treibhausgas einzufangen.Um eine Tonne CO2 aus der Atmosphäre zu holen, müssen wir zwei Millionen Kubikmeter Luft filtern und zwar ohne Vorwärmer, Kühler oder Trockner. Wir ziehen die Luft so rein, wie sie kommt. Staub, Eis, Schnee – alles geht in die Maschine rein.Trotzdem haben Sie Ihre derzeit größte Anlage auf einer Hochebene rund 40 Autominuten südöstlich von Reyjkavik gebaut, also an einem Ort mit Extremwetter. Warum ausgerechnet dort?Direct Air Capture zu betreiben ist nirgendwo trivial. In der Wüste etwa, wo es auch gute Möglichkeiten der CO2-Speicherung gibt, müsste man mit Sandstürmen klarkommen. Die Anlage für Island wetterfest zu machen, ist zwar schwierig, aber ansonsten besitzt der Standort viele Vorteile. Der Untergrund besteht aus einem phantastischen Basalt, in dem eingebrachtes CO2 in zirka zwei Jahren mineralisiert. Und es gibt dort Geothermie, die kostengünstig Wärme und Strom liefert. Vor allem die erneuerbare Wärme ist wichtig für unseren Prozess.Wie fangen Sie das Treibhausgas ein?Aktuell verwenden unsere Kollektoren zwei verschiedene Feststoffe. Beide sind hoch poröse Granulate, haben also eine große Oberfläche, auf der Amine sitzen. Wir fahren eine Adsorptionsphase und nach einer gewissen Zeit stoppen wir diese Phase, schließen die Kollektorkammer, evakuieren und erhitzen sie. Der Vorteil der Amine ist, dass sie das gebundene CO2 bei Temperaturen um die 100 Grad Celsius wieder abgeben. Auf Island verwenden wir dafür wie gesagt Geothermie.Woraus bestehen die Granulate?Dazu sagen wir aus wettbewerblichen Gründen nichts, aber es gibt unterschiedliche Trägermaterialien für die Amine, zum Beispiel Silikate, Zeolithe, Aktivkohle und Ionentauscherharze. Des Weiteren wird auch an neueren Materialien geforscht, zum Beispiel an MOFs.Metallorganische Gerüstsubstanzen (MOFs) gehören zu den vielversprechenden Sorbentien für den CO2-Einfang.Ja, aber für unseren Prozess, für Direct Air Capture allgemein, eignen sie sich wegen der geringen Produktionsmengen nicht. Wenn man ab dem Jahr 2030 mindestens eine Million Tonnen CO2 jährlich aus der Luft abscheiden möchte, werden dafür nicht genügend MOFs bereit stehen. In der Phase, in der wir uns heute befinden, müssen wir mit Materialklassen arbeiten, die bereits im industriellen Maßstab verfügbar sind und von denen wir nur Varianten herstellen müssen. Aber in zehn oder 15 Jahren könnten MOFs eine Art Drop-in-Lösung sein. Dass man dann die jetzigen Bindemittel durch MOFs ersetzt, halte ich für denkbar. Die Materialforschung hat ein bisschen mehr Zeit als wir auf der Anlageseite.Woher beziehen Sie die Bindemittel?Wir arbeiten zusammen mit Chemieunternehmen. Wir stellen selbst zwar auch Granulate her und einige, die wir in unserem Labor entwickelt haben, sind besser als Standardmaterialien. Aber wir sind ja kein Chemieunternehmen mit Produktionsanlagen. Daher brauchen wir Partner mit entsprechenden Kapazitäten, die unsere Formulierung übernehmen.Mit welchen Unternehmen kooperieren Sie?Mit mehreren. Der ganze Sektor ist neu und stößt auf enormes Interesse. Viele Chemieunternehmen haben schon von uns gehört, aber welche Rolle ihre Branche spielen könnte, ist nicht allen klar. Einige sagen, mit solchen Spezialsachen beschäftigen sie sich nicht – und dann merken sie plötzlich, dass sie die von uns benötigten Materialien und Prozesse im Kern beherrschen. Aber die Zusammenarbeit ist ein langwieriger Prozess. Wir fahren gemeinsam Testreihen und prüfen, ob sich das Produkt eines Herstellers grundsätzlich für uns eignet. Eine weitere Frage ist die nach dem Business Case. Große Unternehmen haben nichts davon, wenn sie alle drei Jahre mal 80 Tonnen Material verkaufen. Und wir müssen für unsere Scale-up-Roadmap wissen, wann ein Partner liefern könnte und wann er entsprechende Investitionsentscheidungen treffen müsste.In welcher Hinsicht könnten die Bindemittel noch besser werden?Die Beladungskapazität lässt sich vielleicht noch um den Faktor 2, vielleicht 2,5 steigern. Aber daneben gibt es andere wichtige Eigenschaften, zum Beispiel die Lebensdauer. Wenn die Füllung der Anlage durch gewisse Modifikationen zehnmal so lange hält, also vielleicht 20 Jahre, dann braucht sie quasi nie ausgetauscht werden. Da muss man schon noch ein bisschen entwickeln, richtig applizieren und andere Parameter verändern.Wo sehen Sie noch Optimierungspotenzial?Entscheidend ist, dass wir nicht nur das Basismaterial verändern, sondern auch die Form, in der wir es der Luft anbieten. Um es anschaulich zu machen: Der Drei-Wege-Kat im Auto enthält typischerweise einen keramischen Monolithen, der mit dem Katalysematerial beschichtet ist. Niemand würde im Auto ein Granulatbett verwenden, der Druckwiderstand gegen den Motor wäre viel zu groß. Der nächste Schritt beim Direct Air Capture geht also von einem Granulatbett hin zu einer aerodynamisch optimierten Struktur mit großer Oberfläche. Andere Firmen verwenden Monolithe wie in der industriellen Katalyse. Es gibt viele interessante Ansätze, wir haben unsere Wahl noch nicht getroffen.Bei der Konzeption der Anlagen gibt es Unterschiede. Während Ihre Kollektoren Luft mit großen Ventilatoren einsaugen, favorisieren einige Forscher passive Systeme, die den Wind oder den Luftstrom von Klima- und Lüftungsanlagen nutzen. Was halten Sie davon?Im industriellen Maßstab wurde bislang nicht nachgewiesen, dass solche Anlagen kostengünstiger sind. Intuitiv wirken die Ventilatoren aufwendig, aber der Energieaufwand für das Ansaugen ist nicht hoch. Unser Energiethema ist die Desorption, das Aufheizen des Bindemittels, damit es das CO2 wieder abgibt. Und dann muss das Gas noch aufbereitet werden. So wie es aus den Kollektoren kommt, hat es nicht unbedingt die gewünschte Reinheit. In Hinwil bei Zürich beispielsweise hatten wir zwei Anlagen: Die eine hat ein Gewächshaus gefüttert, da spielt es keine Rolle, ob der CO2-Gehalt 90 oder 98 Prozent beträgt. Wir haben aber auch CO2 an den Mineralwasser-Anbieter Valser verkauft. Dieses Gas musste Lebensmittelqualität und eine Reinheit von über 99 Prozent besitzen.Negative Emissionen lassen sich durch unterirdisches Speichern von CO2 erreichen. Muss das Gas dafür auch aufbereitet werden?Das hängt davon ab, welchen Prozess die Partner, die das Einlagern übernehmen, verwenden und wie die Bedingungen im Untergrund sind, ob es sich um eine wasserführende Schicht handelt, um ein ehemaliges Öllager, einen Basalt wie in Island. In einigen Fällen ist ein CO2-Gehalt von 98 Prozent vollkommen in Ordnung, in anderen muss das Gas konzentriert werden.Ihre erste kommerzielle Anlage auf Island heißt Orca, nächstes Jahr soll dort Mammoth mit einer Kapazität von jährlich rund 40 000 Tonnen CO2 in Betrieb gehen und für 2027 planen Sie eine nochmals um den Faktor zehn größere Anlage. Worin unterscheiden sich die Anlagen außer in der Größe?In Orca hatten wir verschiedene <link href="#nadc20234136774-fig-0002">Optionen verbaut, um zu sehen, was geht und was nicht, zum Beispiel hinsichtlich der Energierückgewinnung. Bei Mammoth haben wir uns jetzt für eine Option entschieden und den Prozess an dieser Stelle optimiert. Außerdem sieht die Steuerung der Anlage anders aus. Die Kollektorsysteme sind gleich, aber Mammoth wird aus einzelnen Sub-Anlagen bestehen, die mit einer Art Backbone zusammengeführt werden. Die Anlage 2027 soll technisch noch einen Schritt weiter gehen. Das ist der Plan, aber es gibt noch keinen Spatenstich.<figure xml:id="nadc20234136774-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/VpNHHoWHRwm3ecoApPDm"><figcaption><label>Abb.2: </label>Noch im Bau: Im Jahr 2024 soll die nächstgrößere Anlage von Climeworks, Mammoth, wie die erste Anlage in Island in Betrieb gehen und jährlich etwa 40 000 Tonnen CO2 aus der Luft entfernen. Foto: Climeworks</figcaption></figure></figure>Gibt es schon einen Namen? Auf Orca und Mammoth folgt ein noch größeres Tier?Das liegt vielleicht nahe, aber denken Sie modular, eher in Richtung Schwarm. Intern verwenden wir einen Code-Namen, aber den kommunizieren wir noch nicht. Auf dem Papier sieht alles einfach aus, doch wir müssen erst in der Praxis sehen, wie gut das modulare Konzept funktioniert. Noch lernen wir, an welchen Hebeln wir drehen können, und trotzdem müssen wir die Direct-Air-Capture-Industrie jetzt schon aufbauen. Denn dann verlaufen die Lernkurven so, dass wir die Anlagen künftig mit vernünftigem Aufwand betreiben können, um die Klimaziele doch noch zu erreichen.Das Gespräch führte Uta Neubauer.

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