Carbon Capture and Utilization (CCU) – Verfahrenswege und deren Bewertung

Summary

Beside mere sequestration options for carbon dioxide, for example in geological formations, substantial efforts are made globally for CO₂ recycling, i. e. the utilization of CO₂ as feedstock for chemical and biological processes. In contrast to sequestration, the utilization of CO₂ as feedstock may generate an added value which makes the whole process economically feasible. Typical chemical process paths are methanation, generation of synthesis gas, carbonation of mineral resources as well as direct reactions like photo-catalysis. Substantial research and development is done for the use of micro-algae as biological process path. It is necessary for the evaluation of all options to consider their total energy- and CO₂-balance, the duration of carbon fixation as well as their fixation quantity potential. Some of the utilization paths are technically mature, like for example methanation, others, like photo-catalysis, are still subject of fundamental research. Generally, the fixation quantity potential of Carbon Capture and Utilization alone is not suitable for achieving the necessary CO₂-mitigation targets. But some of the potential process paths for the utilization of CO₂ promise to be economically and technically feasible. Most of the process paths need further research and development efforts, including the development of a method for the systematical evaluation of the ecological and economical aspects of the different options.

Zusammenfassung

Neben den reinen Speicheroptionen für CO₂, beispielsweise in geologischen Formationen, werden weltweit erhebliche Anstrengungen zur Verwertung, also Nutzung von CO₂ als Rohstoff für chemische und biologische Prozesse unternommen. Gegenüber den Speicheroptionen bietet die stoffliche Nutzung die Chance einer Wertschöpfung, die den gesamten Prozess wirtschaftlich selbsttragend machen kann. Als chemische Verwertungswege kommen dabei die Methanisierung, die Erzeugung von Synthesegas, die Karbonatisierung mineralischer Rohstoffe sowie die direkte Umsetzung, beispielsweise in photokatalytischen Reaktionen, in Frage. Im Bereich der biologischen Prozesse laufen derzeit eine Vielzahl von Untersuchungen zum Einsatz von Mikroalgen. Bei allen diesen Optionen ist es notwendig, eine ganzheitliche Betrachtung der Prozesse hinsichtlich ihrer Energie- und CO₂-Bilanz, der Bindungslänge sowie des Mengenpotentials anzustellen. Während einzelne Verwertungswege technisch weit ausgereift sind, wie beispielsweise die Methanisierung, sind andere (z. B. Photokatalyse) noch im Bereich der Grundlagenforschung anzusiedeln. Grundsätzlich kann gezeigt werden, dass mit Carbon Capture and Utilization alleine die gesetzten CO₂-Minderungsziele nicht erreicht werden können. Jedoch liefern einige Prozesse einen wirtschaftlich interessanten und technisch aussichtsreichen Weg zur stofflichen Verwertung von CO₂. Für die meisten Verwertungswege sind noch weitere Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen notwendig. Dazu gehört auch die Entwicklung einer Methode zur systematischen ökologischen und ökonomischen Gesamtbewertung der Verwertungsoptionen.