Direkte Luftabscheidung: Wie ein Next‑Gen‑Reaktor eine weit verbreitete Einführung erleben könnte

A team of innovative engineers from Rice University has achieved a major milestone in the carbon capture industry with their latest development that could revolutionize the market. The researchers successfully created an electrochemical reactor that can enhance carbon capture from the atmosphere with unmatched efficiency and no harmful byproducts. Here’s how this new direct air capture method could make the world one step closer to achieving net-zero carbon emissions in the future.

Emissionen erreichen neue Höchstwerte, die zu Klimakatastrophen führen

Ein Bericht, der in BioScience veröffentlicht wurde und den aktuellen Zustand des Klimas untersucht, stellte fest, dass die Welt sich “am Rande einer unumkehrbaren Klimakatastrophe” befindet. Dieselbe Studie zeigte, dass die Emissionen fossiler Brennstoffe ein Allzeithoch erreicht haben. Dieses Wachstum wurde dadurch hervorgehoben, dass die drei heißesten Tage aller Zeiten im Juli 2024 auftraten. Zusätzlich erreichten die Meeresoberflächentemperaturen 2024 in mehreren Regionen neue Rekorde.

All diese Klimadaten weisen auf die unbestreitbare Tatsache hin, dass es an der Zeit ist, dass Regierungen die Initiative ergreifen. Glücklicherweise stehen ihnen mehrere Ansatzmöglichkeiten zur Verfügung. Nachhaltigkeit und Erneuerbarkeit zu fördern steht im Kern dieses Ansatzes. Von der Förderung von mehr Elektrofahrzeugen und alternativen Energiequellen bis hin zur Besteuerung verschwenderischer Hersteller gibt es Lösungen, denen man folgen sollte.

Bemerkenswerterweise gibt es keine einzelne Option, die dieses Problem lösen kann. Die Menschen müssen ihre Gewohnheiten zusammen mit technologischen Fortschritten ändern, um Erfolg zu haben. Eine solche Technologie, Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS), gilt als einer der besten Wege, um diese Ziele zu erreichen.

Direkte Luftabscheidung – Aktuelle Methoden

Die Reduzierung von Kohlenstoffemissionen hat für Umweltschützer weltweit oberste Priorität. Besonders die direkte Luftabscheidung ist die beliebteste Methode, um CO₂ aus der Atmosphäre zu entfernen. Es gibt mehrere Wege, diesen Prozess zu initiieren. Allerdings erfordern sie alle den Einsatz gefährlicher Chemikalien, die Nebenprodukte hinterlassen, oder es wird eine enorme Energiemenge benötigt, um den Extraktionsprozess abzuschließen.

Die beliebtesten Methoden nutzen Chemikalien, um Kohlenstoff‑ und Sauerstoffatome der Gasmoleküle an andere Verbindungen in speziell ausgewählten Flüssigkeiten zu binden. Das CO₂ wird über einen gemischten Gasstrom unterschiedlicher Konzentrationen und Stärken eingeführt, um die Dioxid‑Moleküle in der Flüssigkeit zu fangen. Sobald sie in den Lösungen enthalten sind, beginnt der CO₂‑Extraktionsprozess.

Der Extraktionsprozess ist der energieintensivste Teil des Verfahrens. Je nach Gasoption kann er mehrere Schritte und hochspezialisierte Standorte erfordern. Die gängigsten Methoden zur CO₂‑Extraktion aus den Lösungsmitteln beinhalten Wärme, chemische Reaktionen oder elektrochemische Prozesse. Zusätzlich bestimmt die Art des verwendeten Lösungsmittels die Intensität und Wirksamkeit dieses Ansatzes.

Amingestützte Sorbentien

Die am häufigsten eingesetzte Lösung für die Kohlenstoffabscheidung sind amingestützte Sorbentien. Diese Lösung ist wirksam beim Einfangen von CO₂, ohne viel Energie zu verbrauchen. Allerdings ist die Lösung instabil und toxisch, was zu zusätzlichen Risiken und Lagerkosten nach dem Prozess führt.

Natrium- und Kaliumhydroxid

Wissenschaftler haben zudem einen weniger toxischen Ansatz vorgestellt, der Natrium‑ oder Kaliumhydroxide als Fängerlösung verwendet. Diese Strategie schafft feste Bindungen zwischen CO₂‑ und Lösungsmittelatomen. Das Problem ist, dass die Bindungen so stark sind, dass ein enormer Wärmeaufwand nötig ist, um sie zu brechen und den Kohlenstoff freizusetzen. Daher ist diese Methode teuer und erfordert viel Spezialausrüstung.

Studie zum Direktluftabscheidungs‑PSE‑Reaktor

Angesichts der Beschränkungen dieser Technologien und der klaren Nachfrage nach einer nachhaltigeren und leichter integrierbaren Lösung begannen Ingenieure der RICE University, das erste Direktluftabscheidungsgerät bei Raumtemperatur zu entwickeln. Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in Nature Energy¹.

Quelle – RICE University

Der Bericht stellt den PSE‑Reaktor (Porous Solid Electrolyte) vor. Dieses elektrochemische Regenerationsgerät nutzt elektrische Energie, um Kohlenstoff aus der Luft zu trennen, anstatt Wärme oder andere teurere Methoden. Der beschriebene Reaktor integriert eine poröse Festelektrolytschicht, die es Forschern ermöglicht, die elektrischen Eingaben zu optimieren. Diese Eingaben steuern die Ionenbewegung und den Massentransfer und leiten CO₂‑Moleküle mithilfe von Strom statt Chemikalien.

Testergebnisse des Direktluftabscheidungs‑PSE‑Reaktors

Der Reaktor hat erfolgreich bewiesen, dass er CO₂ ohne Wärmezufuhr entfernen kann. Seine modulare, dreikammerige Struktur ermöglicht es dem Reaktor, in einer Kammer ein alkalisches Absorptionsmittel und in der anderen hochreines Kohlendioxid zu trennen. Das Team stellte fest, dass der Reaktor NaHCO₃/Na₂CO₃‑Lösungen selektiv mit einer Erfassungsrate von 90 % spalten kann. Beeindruckend ist, dass der Reaktor nur eine minimale Energiemenge benötigte und sich bei verschiedenen Mischungen als robust erwies.

Wasserstofferzeugung

Der Bericht stellte außerdem fest, dass der Prozess zur Koproduktion von Wasserstoff genutzt werden kann. Wasserstoff wird bereits zur Stromversorgung verschiedener Geräte, zum Heizen von Häusern und vielem mehr eingesetzt. Wasserstoff‑Brennstoffzellen können sauber und effizient Strom erzeugen. Es ist sinnvoll, sie in das übergeordnete Ziel des Teams zu integrieren, die Nachhaltigkeit auf ein neues Niveau zu heben.

Vorteile, die der Direktluftabscheidungs‑PSE‑Reaktor auf den Markt bringt

Diese Forschung bietet zahlreiche Vorteile. Erstens basiert das gesamte Projekt auf bereits verfügbaren und getesteten Technologien. Diese Strategie macht das Vorhaben praxisnaher. Es lässt sich leichter integrieren, neue Nutzer schulen und den Prozess innovativ weiterentwickeln, da Produkte wie Wasserstoff‑Brennstoffzellen seit einem Jahrzehnt kommerziell erhältlich sind.

Kosten‑effizient

Ein weiterer großer Vorteil des PSE‑Reaktors sind die niedrigen Betriebs- und Baukosten. Unternehmen können durch diesen Ansatz im Vergleich zu wärmeintensiven oder verschwenderischen Optionen Mittel einsparen. Daher sehen viele diese Technologie als einen bedeutenden Schritt zur Senkung der Kosten für die Emissionsabscheidung.

Reduzierung von Energiebarrieren

Ein weiterer wesentlicher Nutzen der Reduzierung des Energieverbrauchs besteht darin, dass die Technologie für mehr Anwendungen und Branchen zugänglich wird. Der Bericht hob den geringen Energieverbrauch des Prozesses hervor und zeigte, dass er Unternehmen in Zukunft erheblich Zeit und Kosten sparen könnte.

Skalierbar

Skalierbarkeit ist ein weiterer nicht zu vernachlässigender Vorteil. Der PSE‑Reaktor kann beeindruckende Kohlenstoffabscheidungsergebnisse erzielen, ohne dass massive Investitionen in Infrastruktur wie bei heutigen CO₂‑Verarbeitungsanlagen erforderlich sind. Daher ist diese Lösung besser an die heutige Wirtschaft angepasst.

Sauber

Einer der größten Vorteile, die der PSE‑Reaktor auf den Markt bringt, ist seine saubere Verarbeitung. Der Bericht zeigte, wie er CO₂ trennen kann, ohne Abfallnebenprodukte zu hinterlassen. Diese Ergebnisse belegen, dass die neue Methode eine hohe Nachhaltigkeit bietet.

Flexibilität

Der PSE‑Reaktor wurde unter verschiedenen Umweltbedingungen getestet, um die Auswirkungen auf die Leistung zu prüfen. Es zeigte sich, dass der Reaktor eine überlegene Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Kathoden‑ und Anodenreaktionen besitzt, was ihn zur idealen Lösung für die direkte CO₂‑Luftabscheidung in den meisten Szenarien macht.

Integration

Die Integration der meisten CO₂‑Absorptionsmethoden ist ein mühsamer Prozess. Dieser neue Ansatz verkürzt die Integrationszeiten, indem er die Notwendigkeit von Wärme oder Chemikalien eliminiert. Der rein elektrische Generator lässt sich wesentlich leichter in Unternehmenssysteme einbinden als seine Vorgänger und eröffnet damit die Möglichkeit hoher Akzeptanzraten.

Forscher

Die Rice‑University‑Forscher Xiao Zhang, Zhiwei Fang, Peng Zhu, Yang Xia und Haotian Wang leiteten das Projekt. Besonders bemerkenswert ist, dass Wang seit Jahren im Dekarbonisierungsprozess tätig ist. Nun beabsichtigt das Team, seine Tests auszuweiten, um zu prüfen, wie es sich bei industriellen Großanlagen verhält.

Unternehmen, die von der Forschungsstudie zur direkten Luftkohlenstoffabscheidung profitieren können

Der Bereich der Kohlenstoffabscheidung wächst weiter, und das Interesse an Unternehmen, die in diesem Markt tätig sind, hat zugenommen. Die Kombination aus häufigeren Naturkatastrophen und dem erneuten Interesse von Gesetzgebern, umweltorientierte Gesetze wie eine CO₂‑Steuer einzuführen, hat zu einzigartigen Chancen für richtig positionierte Unternehmen geführt.

NET Power Inc

NPWR Preisdiagramm

Das in North Carolina ansässige Unternehmen für erneuerbare Energien, NET Power Inc (NPWR ) wurde 2010 gegründet, um eine elektrische Turbine zu entwickeln, die keinerlei Luftemissionen erzeugt. Das Unternehmen gelangte dank Unterstützung verschiedener strategischer Investoren und Forscher zum Erfolg. Heute ist es einer der führenden Anbieter von Hochdruck‑Superkritisch‑CO₂‑betriebenen Turbinen.

Diese Geräte recyceln CO₂‑Emissionen, um die Betriebskosten zu senken und die Luftverschmutzung zu beseitigen. Das Projekt war ein großer Erfolg und wird von vielen als ein entscheidender Schritt zur Vorbereitung auf die wachsenden Stromanforderungen, die KI‑Systeme dem Netz auferlegen, angesehen.

NET Power Inc. wird von Occidental, Baker Hughes (BKR ), Constellation und der SK Group unterstützt. Dieses Netzwerk, in Kombination mit seinem innovativen Ansatz zur Energieerzeugung, macht die Aktie von NET Power Inc. zu einer klugen Anschaffung für Händler, die Zugang zum Sektor der sauberen Energie suchen.

Aker Carbon Capture

Aker Carbon Capture ist ein Hauptlieferant von kommerziellen CO₂‑Absorptionsgeräten. Das Projekt wurde im August 2020 gestartet und ist eine Tochtergesellschaft der Investmentgesellschaft Aker Horizons. Dieses Investmentunternehmen konzentriert sich darauf, Clean‑Tech‑Firmen zu gründen, die das Potenzial haben, den Markt zu revolutionieren.

Bemerkenswert ist, dass Aker Carbon Capture einige Höhen und Tiefen erlebt hat. Das Projekt erhielt die weltweit erste Genehmigung für Kohlenstoffabscheidung und -speicherung in einer Zementanlage. Im August 2024 wurde es das erste Unternehmen, das einen Vertrag zur Planung und Integration einer groß angelegten Kohlenstoffabscheidungsanlage für eine Zellstoff‑ und Papierfabrik in den USA erhielt.

Die Aktie von Aker Carbon Capture, die nur im OTC‑Handel verfügbar ist, verzeichnete in den letzten Jahren einen stetigen Rückgang. Die jüngsten Ergebnisse des dritten Quartals zeigten jedoch, dass das Unternehmen über 4,5 Mrd. NOK in bar verfügt und eine solide Eigenkapitalposition von 5,5 Mrd. NOK hat.

Dieses Wachstum wurde durch eine strategische Partnerschaft mit SLB angetrieben, die zur Gründung von SLB Capture führte. Analysten sehen diese Partnerschaft als Kaufsignal für ACC.OL, das klug für Wachstum in der Kohlenstoffabscheidungswirtschaft positioniert ist.

Verbesserungen bei der Direktluftabscheidungstechnologie könnten die grüne Wirtschaft ankurbeln

Wenn man die Vorteile der direkten Luftkohlenstoffabscheidung in Kombination mit erneuerbaren Energien und Praktiken betrachtet, wird schnell klar, warum viele glauben, dass dies der beste Ansatz ist, um ein Klimakatastrophe zu verhindern. Diese neueste Forschung treibt den CO₂‑Absorptionsprozess voran und ermöglicht die Einführung von CO₂‑Absorptionsgeräten in völlig neuem Maßstab. Damit ist die Technologie bereit für den nächsten Testschritt, gefolgt von der Implementierung.

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Studienreferenz:

^{1. Zhang, X., Fang, Z., Zhu, P., et al. (2025). Elektrochemische Regeneration von hochreinem CO₂ aus (Bi)carbonaten in einem porösen Festelektrolytreaktor für effiziente Kohlenstoffabscheidung. Nature Energy, 10(1), 55–65. https://doi.org/10.1038/s41560-024-01654-z}