Was wäre, wenn es möglich wäre, alle schädlichen Schadstoffe aus der Luft zu saugen, damit sie nicht so störend sind? Was wäre, wenn es auch möglich wäre, diese Luftschadstoffe wieder in fossile Brennstoffe oder möglicherweise umweltfreundliche Biokraftstoffe umzuwandeln? Dann könnten wir uns weit weniger Sorgen um Smog, Atemwegserkrankungen und die Auswirkungen machen, die hohe Konzentrationen dieser Gase auf den Planeten haben.
Dies ist die Grundlage für die Kohlenstoffabscheidung, ein relativ neues Konzept, bei dem Kohlendioxid an punktuellen Quellen wie Fabriken, Erdgasanlagen, Brennstoffanlagen, Großstädten oder an anderen Orten, an denen bekanntermaßen große CO²-Konzentrationen vorhanden sind, abgefangen wird . Dieses CO² kann dann für die zukünftige Verwendung gespeichert, in Biokraftstoffe umgewandelt oder einfach wieder in die Erde eingebracht werden, damit es nicht in die Atmosphäre gelangt.
Beschreibung:
Wie viele andere Entwicklungen in jüngster Zeit ist die Kohlenstoffabscheidung Teil einer neuen Reihe von Verfahren, die zusammen als Geoengineering bezeichnet werden. Der Zweck dieser Verfahren besteht darin, das Klima zu verändern, um den Auswirkungen der globalen Erwärmung entgegenzuwirken, indem im Allgemeinen eines der wichtigsten Treibhausgase angegriffen wird. Die Technologie gibt es schon seit einiger Zeit, aber erst in den letzten Jahren wurde sie als Mittel zur Bekämpfung des Klimawandels vorgeschlagen.
Derzeit wird die Kohlenstoffabscheidung am häufigsten in Anlagen eingesetzt, die zur Stromerzeugung auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe angewiesen sind. Dieser Prozess wird auf eine von drei grundlegenden Arten durchgeführt - Nachverbrennung, Vorverbrennung und Autogenverbrennung. Bei der Nachverbrennung wird CO2 entfernt, nachdem der fossile Brennstoff verbrannt und in ein Rauchgas umgewandelt wurde, das aus CO2, Wasserdampf, Schwefeldioxid und Stickoxiden besteht.
Wenn die Gase durch einen Schornstein oder Schornstein wandern, wird CO² von einem „Filter“ aufgefangen, der tatsächlich aus Lösungsmitteln besteht, die zur Absorption von CO2 und Wasserdampf verwendet werden. Diese Technik ist insofern effektiv, als solche Filter an älteren Anlagen nachgerüstet werden können, wodurch die Notwendigkeit einer kostspieligen Überholung des Kraftwerks vermieden wird.
Vorteile und Herausforderungen:
Die Ergebnisse dieser Prozesse waren bislang ermutigend - mit der Möglichkeit, dass bis zu 90% des CO² aus den Emissionen entfernt werden (abhängig vom Anlagentyp und der verwendeten Methode). Es gibt jedoch Bedenken, dass einige dieser Prozesse die Gesamtkosten und den Energieverbrauch von Kraftwerken erhöhen.
Laut dem Bericht des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimawandel (IPCC) aus dem Jahr 2005 liegen die zusätzlichen Kosten zwischen 24 und 40% für Kohlekraftwerke, zwischen 11 und 22% für Erdgasanlagen und zwischen 14 und 25% für den kombinierten Vergasungszyklus auf Kohlebasis Systeme. Der zusätzliche Stromverbrauch verursacht auch mehr Emissionen.
Während CC-Operationen in der Lage sind, CO² drastisch zu reduzieren, können sie der Luft andere Schadstoffe hinzufügen. Die Mengen an Schadstoffen hängen von der Technologie ab und reichen von Ammoniak und Stickoxiden (NO und NO²) bis zu Schwefeloxiden und Schwefeloxiden (SO, SO², SO³, S²O, S²O³ usw.). Die Forscher entwickeln jedoch neue Techniken, von denen sie hoffen, dass sie sowohl Kosten als auch Verbrauch senken und keine zusätzlichen Schadstoffe erzeugen.
Beispiele:
Ein gutes Beispiel für den Carbon Capture-Prozess ist das Petro Nova-Projekt, ein Kohlekraftwerk in Texas. Diese Anlage wurde 2014 vom US-Energieministerium (US Department of Energy, DOE) modernisiert, um den weltweit größten Kohlenstoffabscheidungsbetrieb nach der Verbrennung aufzunehmen.
Das DOE besteht aus Filtern, die die Emissionen erfassen würden, und einer Infrastruktur, die sie wieder in die Erde zurückbringen würde, und schätzt, dass mit dieser Operation 1,4 Millionen Tonnen CO erfasst werden können2 das wäre vorher in die Luft entlassen worden.
Bei der Vorverbrennung wird CO² eingefangen, bevor der fossile Brennstoff überhaupt verbrannt wird. Hier wird Kohle, Öl oder Erdgas in reinem Sauerstoff erhitzt, was zu einer Mischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff führt. Diese Mischung wird dann in einem Katalysator mit Dampf behandelt, der dann mehr Wasserstoff und Kohlendioxid erzeugt.
Diese Gase werden dann in Kolben eingespeist, wo sie mit Amin behandelt werden (das an das CO², aber nicht an Wasserstoff bindet); Die Mischung wird dann erhitzt, wodurch das CO² dort ansteigt, wo es gesammelt werden kann. Im Endprozess (Autogenverbrennung) wird fossiler Brennstoff in Sauerstoff verbrannt, was zu einem Gasgemisch aus Dampf und CO² führt. Der Dampf und das Kohlendioxid werden durch Abkühlen und Komprimieren des Gasstroms getrennt, und nach der Trennung wird das CO² entfernt.
Weitere Bemühungen zur Kohlenstoffabscheidung umfassen den Bau städtischer Strukturen mit speziellen Einrichtungen zur Gewinnung von CO² aus der Luft. Beispiele hierfür sind die Torre de Especialidades in Mexiko-Stadt - ein Krankenhaus, das von einer 2500 m² großen Fassade aus Prosolve370e umgeben ist. Diese speziell geformte Fassade wurde von der Berliner Firma Elegant Embellishments entworfen und kann Luft durch ihre Gitter leiten und ist auf chemische Prozesse angewiesen, um Smog herauszufiltern.
Chinas Phoenix Towers - ein geplantes Projekt für eine Reihe von Türmen in Wuhan, China (das auch das höchste der Welt sein wird) - wird voraussichtlich ebenfalls mit einer Kohlenstoffabscheidung ausgestattet sein. Als Teil der Vision des Designers, ein Gebäude zu schaffen, das sowohl beeindruckend hoch als auch nachhaltig ist, umfassen diese spezielle Beschichtungen an der Außenseite der Strukturen, die CO² aus der lokalen Stadtluft ziehen.
Dann gibt es die Idee für „künstliche Bäume“, die von Professor Klaus Lackner vom Department of Earth and Environmental Engineering der Columbia University vorgeschlagen wurde. Diese „Bäume“ bestehen aus Plastikwedeln, die mit einem Harz beschichtet sind, das Natriumcarbonat enthält - das in Kombination mit Kohlendioxid Natriumbicarbonat (auch bekannt als Backpulver) erzeugt - und verbrauchen CO² ähnlich wie echte Bäume.
Als kostengünstige Version derselben Technologie, mit der CO² in U-Booten und Raumfähren aus der Luft geschrubbt wird, werden die Wedel mit Wasser gereinigt, das in Kombination mit Natriumbicarbonat eine Lösung ergibt, die leicht in Biokraftstoff umgewandelt werden kann.
In allen Fällen kommt es bei der Kohlenstoffabscheidung darauf an, Wege zu finden, um schädliche Schadstoffe aus der Luft zu entfernen und den Fußabdruck der Menschheit zu verringern. Speicherung und Wiederverwendung spielen ebenfalls eine Rolle in der Hoffnung, den Forschern mehr Zeit für die Entwicklung alternativer Energiequellen zu geben.
Wir haben hier im Space Magazine viele interessante Artikel über die Kohlenstoffabscheidung geschrieben. Was ist Kohlendioxid? Was verursacht Luftverschmutzung? Was ist, wenn wir alles verbrennen?, Global Warming Watch: Wie Kohlendioxid auf der ganzen Erde blutet und die Welt nach CO2-Emissionen nahe Null streben muss.
Weitere Informationen zur Funktionsweise von Carbon Capture finden Sie in diesem Video der Carbon Capture and Storage Organization:
Wenn Sie weitere Informationen zur Erde wünschen, lesen Sie den NASA-Leitfaden zur Erforschung des Sonnensystems auf der Erde. Und hier ist ein Link zum Earth Observatory der NASA.
Wir haben auch Astronomy Cast-Episoden rund um den Planeten Erde und den Klimawandel. Hören Sie hier, Episode 51: Erde, Episode 308: Klimawandel.
Quellen:
- Wikipedia - Kohlenstoffabscheidung und -speicherung
- Carbon Capture Storage Association - Was ist CCS?
- Grüne Fakten - CO²-Erfassung und -Speicherung
- Global CCS Institute - Was ist CCS?
