Der NECOC-Anlagenverbund am KIT in Karlsruhe produziert den Kohlenstoff aus CO₂ der Umgebungsluft. (Bild: Markus Breig)
Egal ob bei der Produktion von Batterien, in der Farbindustrie, im Agrarsektor oder auch bei der Herstellung von Baustoffen: Kohlenstoff ist wichtiger Rohstoff in der Industrie. Im Forschungsprojekt NECOC, das für Negative Carbon Dioxide to Carbon steht, entwickeln die Verbundpartner KIT, Ineratec und Climeworks das gleichnamige Verfahren, mit dem sich CO2 aus der Atmosphäre in Kohlenstoff verarbeiten lässt. Koordiniert wird das Projekt von Dr. Benjamin Dietrich vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) des KIT. Dieser betont zugleich die Bedeutung von Kohlenstoff: „Wenn dieser langfristig gebunden bleibt, kombinieren wir negative Emissionen mit einem Baustein der postfossilen Rohstoffversorgung im Sinne einer zukünftigen Carbon-Management-Strategie. Das ist ein doppelter Beitrag für eine nachhaltigere Zukunft.“
Wie ist der Entwicklungstand beim NECOC-Verfahren?
In einer ersten Projektphase hat das Forschungsteam eine Versuchsanlage im Containermaßstab aufgebaut, die nun in Betrieb gegangen ist. Im kontinuierlichen Betrieb entfernt diese erste Ausbaustufe jeden Tag knapp 2 kg CO2 aus der Umgebungsluft und produziert daraus 0,5 kg festen Kohlenstoff.
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Wie genau funktioniert das NECOC Verfahren?
Das NECOC-Verfahren kombiniert drei Prozessschritte: Mithilfe eines Adsorbers wird im ersten Schritt das CO2 aus der Umgebungsluft abgetrennt (Direct Air Capture). Im zweiten Schritt wird es in einem mikrostrukturierten Reaktor mit erneuerbar hergestelltem Wasserstoff aus einem angeschlossenen Elektrolyseur zur Reaktion gebracht. Die Bestandteile Kohlenstoff und Sauerstoff gehen dabei neue Bindungen ein, aus dem CO2 wird nun Methan und Wasser. Das Wasser fließt zurück in den Elektrolyseur, das Methan mit seinem Kohlenstoffbestandteil fließt weiter in einen Reaktor mit flüssigem Zinn.
Im dritten Verfahrensschritt kommt es dort in aufsteigenden Blasen zur Pyrolysereaktion, die Methanmoleküle werden aufgespalten. Dabei entsteht Wasserstoff, der wieder zur Auftrennung von CO2 im Prozess verwendet wird. Übrig bleibt Kohlenstoff, der als mikrogranulares Pulver auf dem Zinn schwimmt und mechanisch kontinuierlich abgetrennt wird. Durch Änderung von Prozessparametern wie dem Temperaturniveau können dabei unterschiedliche Kohlenstoffmodifikationen wie Graphit, Carbon Black oder sogar Graphen hergestellt werden.
Einen Überblick, wie das Verfahren funktioniert, erfahren Sie auch in diesem Video des KIT.
Was sind die nächsten Entwicklungsschritte?
Mit dem Start der Versuchsanlage wurde ein wichtiger Meilenstein und das Ende der ersten Förderphase erreicht. In einer zweiten Projektphase soll das NECOC-Verfahren nun für eine erweiterte Ausbaustufe skaliert und optimiert werden. „Wir wollen das Verfahren noch energieeffizienter machen, indem wir die Rückgewinnung von Prozesswärme verbessern“, beschreibt Projektleiter Dr. Leonid Stoppel vom Karlsruher Flüssigmetalllabor KALLA, die weitere Vorgehensweise. „Außerdem betrachten wir die Integration von Hochtemperatur-Wärmespeichern und die direkte Einbindung solarer Wärme.“ Weiterhin sollen die Einbindung von CO2-Punktquellen, neuartige Ansätze zur Entnahme des CO2 aus der Luft sowie der Einfluss von Spuren- und Begleitkomponenten aus dem Prozessverbund auf die Kohlenstoffqualität untersucht werden.
Was Sie über das NECOC-Projekt wissen müssen
Im Forschungsprojekt NECOC entsteht ein klimafreundliches Verfahren mit negativen Emissionen zur Herstellung des Hightech-Rohstoffs Kohlenstoff aus atmosphärischem CO2 als Baustein einer Carbon-Management-Strategie. NECOC startete Ende 2019 mit dem Aufbau der Komponenten für die drei zugrundeliegenden Prozessschritte: Direct Air Capture, Methanisierung und Pyrolyse. Nach deren erfolgreicher Erprobung im Einzelbetrieb wurde 2022 der Anlagenverbund realisiert und Anfang Dezember in Betrieb genommen. Am KIT beteiligen sich das Karlsruher Flüssigmetalllabor (KALLA) als Einrichtung des Instituts für Thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES) sowie das Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT). Projektpartner sind Ineratec, eine Ausgründung des KIT, sowie Climeworks Deutschland.
Quelle: KIT
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