CO₂ Capture from Atmospheric Air by Temperature-Vacuum Swing Adsorption

Partners: external page EMPA, external page CLIMEWORKS GmbH
Funding: external page Gebert Rüf Stiftung 

Background 

Am Professorship of Renewable Energy Carriers der ETH Zürich (PRE) wurde eine neuartige Technologie entwickelt um ökonomisch Kohlenstoffdioxid (CO₂) aus der Umgebungsluft abzuscheiden. Dabei wird in einem zyklischen Prozess das CO₂ zunächst in einem Filtermaterial chemisch gebunden und in einem zweiten Schritt kann das CO₂ dann wieder durch Zufuhr von Niedertemperaturwärme aus dem Material abgepumpt werden. Dabei erhält man reines CO₂. Das Filtermaterial kann dabei über viele tausend Zyklen wieder verwendet werden. Über 90% der Prozessenergie können dabei über kostengünstige Niedertemperaturwärme bei etwa 80°C – z.B. Solarwärme – gedeckt werden.

Anwendungsgebiete sind in einem ersten Schritt Nischenmärkte für technisches CO₂ wie beispielsweise die CO₂-Düngung in Gewächshäusern zur Steigerung der Photosyntheserate. Mittelfristig kann das CO₂ als Energiespeicher und -transportmedium für erneuerbare Energien eingesetzt werden, nämlich bei der Synthese von flüssigen Treibstoffen aus CO₂ und Wasser mittels erneuerbarer Energien. Die Gewinnung aus der Umgebungsluft ermöglicht dabei eine Bereitstellung des CO₂ direkt am Ort der Verfügbarkeit erneuerbarer Energien, beispielsweise neben einem Solarkraftwerk.

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer Pilotanlage, welche 20kg CO₂ pro Tag aus der Atmosphäre abscheiden kann, was in etwa den CO₂Emissionen eines Schweizer Bürgers entspricht. Die in diesem Projekt entwickelte Pilotanlage soll die Grundlage für die Industrialisierung der Technologie bilden.

Vor dem Hintergrund dieser Anwendungen wurde im November 2009 das ETH Spin-off Unternehmen CLIMEWORKS GmbH gegründet, welches die Technologie nach einer erfolgreichen Pilotanlagendemonstration auf grossem Massstab in die Industrie transferieren und vermarkten soll.

Was ist das Besondere an diesem Projekt? 

CO₂ Abscheidung von Luft ist heutzutage noch eine unkonventionelle Möglichkeit den CO₂ Gehalt in der Atmosphäre zu stabilisieren. Vielmehr wird die CO₂Abscheidung von Rauchgasen als gängige Methode betrachtet, um die CO₂ Emissionen des Industrie- und Energiesektors zu reduzieren. Obwohl die CO₂Konzentration in einem Rauchgas um etwa den Faktor 300 höher ist als die CO₂ Konzentration in Luft, ist der Energiebedarf um CO₂ von Luft abzuscheiden maximal um einen Faktor 2 höher als der Energiebedarf der CO₂ Abscheidung von einem Rauchgas. Die logistischen Vorteile der CO₂ Abscheidung von Luft und die Möglichkeit auch CO₂ Emissionen aus der Vergangenheit und von verteilten CO₂ Quellen (z.B. Transportsektor) reduzieren zu können, können den energetischen Nachteil jedoch kompensieren und CO₂ Abscheidung von Luft zu einer akzeptierten Technologie im Portfolio der CO₂ Reduktionstechnologien werden lassen.

Ein früher Fokus auf die Kommerzialisierung einer Technologie zur CO₂ Abscheidung von Luft kann ein international führendes Unternehmern in der Schweiz kreieren.