CO₂ aus der Luft filtern bleibt teurer als erhofft

Die Schweiz will bis sp?testens 2050 klimaneutral werden. Dazu muss sie ihre Treibhausgasemissionen deutlich senken. Gem?ss der Klimastrategie des Bundes gilt ein Teil dieser Emissionen ¨C vor allem in der Landwirtschaft oder in der Industrie ¨C als kaum vermeidbar. Die Schweizer Klimapolitik sieht deshalb vor, f¨¹nf Millionen Tonnen CO₂ aktiv aus der Luft zu filtern und dauerhaft unterirdisch zu speichern. Zum Vergleich: Weltweit m¨¹ssten nach Berechnungen des Weltklimarats IPCC ab 2050 bis zu 13 Milliarden Tonnen CO₂ j?hrlich aus der Atmosph?re entfernt werden.

Wie einfach diese Ziele zu erreichen sind, h?ngt davon ab, ob es gelingt, die Kosten der als Direct Air Capture (DAC) bezeichneten Technologien zu senken. Das ETH-Spin-off Climeworks betreibt eine Anlage in Island, die heute 4000 Tonnen CO₂ pro Jahr absaugt. Die Kosten pro Tonne liegen dabei etwa zwischen 1000 und 1300 Dollar. Doch wie schnell werden diese Kosten durch Skaleneffekte sinken?

ETH-Forschende haben eine neue Methode entwickelt, um die zuk¨¹nftigen Kosten verschiedener DAC-Technologien besser absch?tzen zu k?nnen. CO₂ aus der Luft zu filtern wird mit zunehmender Skalierung der Technologien zwar deutlich billiger werden, aber nicht so billig, wie das manche Akteure erwarten. Statt der oft kolportierten 100 bis 300 Dollar pro Tonne CO₂ d¨¹rfte der Preis eher bei 230 bis 540 Dollar liegen.

?Die Verf¨¹gbarkeit von DAC-Technologien sollte auf keinen Fall unsere Anstrengungen reduzieren, CO₂-Emissionen zu vermeiden. Gleichzeitig d¨¹rfen wir aber auch nicht mit dem Ausbau von DAC-Anlagen warten, da wir diese Technologien f¨¹r kaum vermeidbare Emissionen brauchen?, sagt Bjarne Steffen. Der ETH-Professor f¨¹r Klimafinanzierung hat die Methode gemeinsam mit Katrin Sievert, Doktorandin an seiner Forschungsgruppe, und ETH-Professor Tobias Schmidt entwickelt.

Drei Technologien und ihre Kosten

Die ETH-Forschenden vergleichen mit ihrer neuen Methode die m?gliche Kostenentwicklung von drei Technologien, die bereits heute CO₂ aus der Luft filtern. Das Verfahren der Schweizer Firma Climeworks, bei dem ein festes Filtermaterial mit einer grossen Oberfl?che CO₂ bindet, k?nnte bis 2050 zwischen 280 und 580 Dollar pro Tonne kosten.

Die gesch?tzten Kosten der beiden anderen DAC-Technologien liegen in ?hnlichen Bereichen: F¨¹r die Abscheidung von CO₂ als w?ssrige L?sung mit Kaliumhydroxid ¨C ein Verfahren das zum Beispiel die kanadische Firma Carbon Engineering kommerzialisiert hat ¨C nennen die Forschenden eine Spanne von 230 bis 540 Dollar pro Tonne. Und f¨¹r die Abscheidung mit Kalziumoxid, das aus Kalkstein gewonnen wird, liegen die gesch?tzten Kosten zwischen 230 und 835 Dollar. Dieses Verfahren wird zum Beispiel von der US-amerikanischen Firma Heirloom Carbon Technologies angeboten.

Komponenten im Fokus

Die Kostenentwicklung neuer Technologien ist vor allem dann schwer abzusch?tzen, wenn es daf¨¹r kaum Erfahrungswerte gibt. Dies trifft auf DAC-Technologien zu: Sie sind noch nicht lange genug im Einsatz, um die zuk¨¹nftige Kostenentwicklung auf der Grundlage vergangener Daten vorhersagen zu k?nnen. Die ETH-Forschenden l?sen dieses Problem, indem sie sich auf die Komponenten der verschiedenen DAC-Anlagen konzentrieren und deren Kosten einzeln sch?tzen. Diese Komponenten liessen sie dann von 30 Expert:innen aus der Industrie daraufhin bewerten, wie komplex ihr technologisches Design ist und wie gut sie standardisierbar sind.

Bei wenig komplexen Komponenten, die sich f¨¹r die Massenproduktion eignen, gehen die Forschenden davon aus, dass die Kosten st?rker fallen. Bei komplexen Teilen hingegen, die f¨¹r jede Anlage neu angepasst werden m¨¹ssen, d¨¹rften die Kosten nur langsam sinken. Zudem werden in DAC-Anlagen auch bereits ausgereifte Komponenten wie Kompressoren eingesetzt, deren Kosten sich kaum mehr senken lassen. Zu den gesch?tzten Kosten f¨¹r die einzelnen Teile kommen dann noch die Kosten f¨¹r die Integration aller Komponenten sowie die Energie- und Betriebskosten hinzu.

Trotz der grossen Unsicherheiten in den Sch?tzungen ist die Botschaft der Forschenden klar: ?Aus heutiger Sicht ist nicht absch?tzbar, welche der verf¨¹gbaren Technologien sich durchsetzen werden. Es ist daher entscheidend, alle Optionen weiterhin zu verfolgen?, sagt Katrin Sievert, die Erstautorin der Studie, die k¨¹rzlich in der Fachzeitschrift Joule erschienen ist.