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Industrieabwässer aus der Stahl- oder Zementproduktion sind bestens geeignet, um Kohlendioxid langfristig und sicher chemisch zu binden. Das ist das Ergebnis einer Studie, die das Helmholtz-Zentrum Hereon durchgeführt hat. Bislang werden die Abwässer ungenutzt in Flüsse eingeleitet. Künftig könnten sie Millionen Tonnen von CO2 neutralisieren – eine interessante und anwendbare Option zur Minderung des Klimawandels. Die Studie wurde jüngst im Journal Environment, Science & Technology Letters veröffentlicht.
Trotz des Pariser Klimaabkommens und aller Energiesparmaßnahmen nimmt der Kohlendioxidausstoß weltweit zu. Die bisherigen Klimaschutzbemühungen wie der Ausbau der Photovoltaik und des Windstroms reichen bislang nicht aus, um diesen Trend zu stoppen. Seit mehreren Jahren drängen Klimaexperten deshalb darauf, das CO2 direkt zu bekämpfen, es aus der Atmosphäre zu holen und für lange Zeit unschädlich zu machen.
Im Fokus steht dabei eine Methode, die einen natürlichen Prozess nachahmen soll, der seit Milliarden von Jahren die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre kontrolliert – die chemische Bindung durch sogenannte Karbonate. Karbonate, die man für gewöhnlich etwa als Backpulver kennt, gelangen durch die Verwitterung von kalkhaltigem Gestein in die Natur. Der Regen spült sie in die Flüsse und ins Meer, wo sie dann mit dem CO2 reagieren. Das Klimagas bleibt so für lange Zeit chemisch gebunden und der Atmosphäre entzogen. Forschenden des Hereons ist es jetzt gelungen, nach diesem Prinzip einen Prozess von industriellem Maßstab marktreif zu machen, der künftig pro Jahr viele Millionen Tonnen Kohlendioxid binden und unschädlich machen könnte.
Reaktion von Kohlensäure
„Unser Verfahren basiert im Grunde auf einer Reaktion, die man noch aus dem Chemieunterricht kennt – der Neutralisierung einer Lauge durch eine Säure“, erklärt Prof. Helmuth Thomas, Leiter des Hereon-Instituts für Kohlenstoffkreisläufe. Der Klassiker aus der Schule ist die Reaktion von Natronlauge mit Salzsäure, bei der Kochsalz entsteht. Ähnlich verhält es sich mit dem CO2. CO2 aus der Luft reagiert im Wasser zu Kohlensäure. Lässt man die Kohlensäure dann mit einer Lauge – einer „alkalischen“ Flüssigkeit – reagieren, entsteht Hydrogenkarbonat, welches das CO2 langfristig im Wasser bindet. Die Idee besteht nun darin, nicht Karbonat aus Gesteinen für die Reaktion mit der Kohlensäure zu nutzen, sondern alkalische Industrieabwässer. „Diese alkalischen Abwässer fallen in großen Mengen an – in der Zement- oder in der Stahlproduktion zum Beispiel“, sagt Thomas. Bislang werden sie mit Schwefelsäure oder Salzsäure vermischt, um die Lauge zu zerstören. Erst dann dürfen die Abwässer in die Flüsse eingeleitet werden. Mit anderen Worten: Das Potential der Abwässer, CO2 binden zu können, bleibt bislang ungenutzt.
Doch wie wäre es, wenn man die alkalischen Abwässer künftig mit CO2 beziehungsweise mit Kohlensäure neutralisierte, statt mit Schwefelsäure? Auf diese Weise ließen sich große Mengen des Klimagases in industriellem Maßstab im Hydrogenkarbonat binden. Offen war die Frage, wie viel Kohlendioxid sich mit diesem Prozess tatsächlich binden ließe. Um das zu beantworten, nutzte Helmuth Thomas seine Chemieexpertise. Für bestimmte Industrieanlagen rechnete Helmuth Thomas exakt den Kohlendioxid-Umsatz aus. Klare Antwort: Es lohnt sich, auf diese Weise CO2 zu neutralisieren, vor allem, auch weil der Energieverbrauch der Anlagen gering ist. Umweltschutzvorgaben, insbesondere hinsichtlich des pH-Wertes werden durch die automatische Anpassung der eingeleiteten Abwässer an die ursprünglichen Gegebenheiten des Flusses, direkt berücksichtigt
Weltweites Potential
Schon länger diskutiert die Fachwelt, wie sich Kohlendioxid mit Karbonaten chemisch binden lässt. Es gibt die Idee, Gesteinsmehl aus den Bergen mit Zügen und Lkw ans Meer zu transportieren, auf Schiffe zu verladen und auf See ins Wasser zu streuen. Doch der logistische Aufwand wäre immens. Zudem weiß niemand, wie gut und wie schnell die Karbonate aus dem Gesteinsmehl mit dem CO2 im Wasser reagieren – und ob sie nicht im Meer versinken, ehe die Reaktion stattgefunden hat. Nicht so bei einer Industrieanlage; da findet die gesamte Reaktion auf dem Industriegelände statt, und die Massenbilanz lässt sich exakt berechnen. „Das Großartige daran ist, dass die Anlagentechnik bereits verfügbar ist“, sagt Thomas. Es könne sofort losgehen; anders als bei vielen anderen Konzepten zur Verringerung des atmosphärischen CO2. Rechnet man alle alkalischen Industrieabwässer zusammen, könnten mit diesem Verfahren künftig weltweit pro Jahr 30 Millionen Tonnen CO2 gebunden werden.
Spitzenforschung für eine Welt im Wandel
Das Ziel der Wissenschaft am Helmholtz-Zentrum Hereon ist der Erhalt einer lebenswerten Welt. Dafür erzeugen rund 1000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Wissen und erforschen neue Technologien für mehr Resilienz und Nachhaltigkeit – zum Wohle von Klima, Küste und Mensch. Der Weg von der Idee zur Innovation führt über ein kontinuierliches Wechselspiel zwischen Experimentalstudien, Modellierungen und künstlicher Intelligenz bis hin zu Digitalen Zwillingen, die die vielfältigen Parameter von Klima und Küste oder der Biologie des Menschen im Rechner abbilden. Damit wird interdisziplinär der Bogen vom grundlegenden wissenschaftlichen Verständnis komplexer Systeme hin zu Szenarien und praxisnahen Anwendungen geschlagen. Als aktives Mitglied in nationalen und internationalen Forschungsnetzwerken und im Verbund der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt das Hereon mit dem Transfer der gewonnenen Expertise Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bei der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft.
Prof. Helmuth Thomas
Institutsleiter
Institut für Kohlenstoffkreisläufe
Tel: +49 (0)4152 87-2805
Mail: helmuth.thomas@hereon.de
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.6c00081
Industrieabwässer könnten eine große Chance bergen, CO2 zu neutralisieren.
Source: Jennifer Simmons via unsplash
Copyright: Jennifer Simmons
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars, Students, Teachers and pupils, all interested persons
Biology, Chemistry, Environment / ecology, Oceanology / climate, Traffic / transport
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
Industrieabwässer könnten eine große Chance bergen, CO2 zu neutralisieren.
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