Octopus-Projekt kombiniert direkte Lufterfassung mit Wasserrückgewinnung

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Die Direct-Air-Capture-Technologie leidet unter einer Identitätskrise. Durch die Entnahme von überschüssigem Kohlenstoff aus der Luft können Interessenvertreter im Bereich der fossilen Energie einfach die Differenz ausgleichen und mehr Kohlenstoff aus dem Boden holen und in die Luft ausstoßen. Positiv zu vermerken ist jedoch, dass Direct Air Capture zur Lösung anderer drängender Probleme eingesetzt werden kann, darunter auch der Schutz der Wasserressourcen

Direct Air Capture und die Capture6-Lösung

Der Wasseraufbereitungswinkel stieß zuerst auf die CleanTechnica Radar letztes Jahr, als sich das US-Startup Capture6 meldete, um seine neuesten Nachrichten zu teilen.

Das Unternehmen plant, seine Direct-Air-Capture-Technologie unter dem Titel Project Monarch (wir kommen gleich zum Project Octopus) in einem Demonstrationsprojekt mit dem Palmdale Water District in Kalifornien vorzustellen.

Die Technologie von Capture6 wird in das kommende Pure Water Antelope Valley des PWD integriert Wasserrückgewinnungsanlage, was eine Geschichte für sich ist. Der Spatenstich für die Demonstrationsanlage im Wert von 15 Millionen US-Dollar wird voraussichtlich Mitte 2024 erfolgen. Sie wird der Vorläufer eines groß angelegten High-Tech-Abwasserrückgewinnungs- und öffentlichen Bildungsprojekts mit einem geschätzten Preis von 75 bis 100 Millionen US-Dollar sein.

„Wenn die Anlage in vollem Umfang im Jahr 2027 in Betrieb geht, wird sie durch die Verwendung von recyceltem Wasser und deren Aufbereitung zur Grundwasseranreicherung zusätzlich 5.325 Acre-Fuß Wasser pro Jahr liefern“, erklärt PWB. „Die Behandlung würde 99,99 % der Bakterien, Viren und Ionen (wie Salz) entfernen.

Bei Salz kommt Capture6 ins Spiel. Die Direct-Air-Capture-Technologie des Unternehmens nutzt Salz, um Kohlenstoff einzufangen und mehr nutzbares Wasser aus Kläranlagen zu pressen, das andernfalls in Form einer salzigen Abfallsole entsorgt würde.

In einer Pressemitteilung vom vergangenen Juni zitierte Capture6 einen Sprecher von PWD, der davon ausgeht, dass sein direktes Lufterfassungssystem die Soleableitung aus der Anlage verhindern und gleichzeitig 30–40 % der Wasseraufbereitungskosten einsparen wird.

Der Stand der Technik

Hinter herkömmlichen Systemen zur direkten Lufterfassung steckt kein großes Geheimnis. Wie das US-Energieministerium erklärt, gibt es grundsätzlich zwei Arten, und beide sind teuer.

„Der Nachteil der direkten Luftabscheidung sind die aktuellen Kosten. CO2 aus der Luft zu entfernen erfordert viel Energie Denn nur ein winziger Prozentsatz der Atmosphäre besteht aus CO2. Die Technologie verursacht auch Kosten für die Speicherung oder Nutzung des abgeschiedenen CO2“, erklärt das Energieministerium.

Bei der bekannteren Art des direkten Lufterfassungssystems wird Luft durch einen Prozess angesaugt, der chemische Lösungsmittel, Wärme und ein Vakuum umfasst. Anschließend wird die kohlenstoffreduzierte Luft wieder an die Luft abgegeben. Die Chemikalien werden wieder in den Prozess zurückgeführt, aber die Wärme- und Vakuumstufen erfordern Energie, wo die Kosten anfallen.

Die Alternative ist ein sorbensbasiertes System, das Filter einsetzt, die Kohlendioxid chemisch binden. Das ist ungefähr das Ausmaß des Unterschieds zwischen den beiden Systemen, denn auch Sorptionssysteme erfordern Wärme- und Vakuumbehandlungen. „Wenn die Filter erhitzt und/oder unter Vakuum gesetzt werden, geben sie das CO2 frei, das nun in einem konzentrierten Strom vorliegt“, erklärt die Energieabteilung.

Der Capture6-Unterschied

Capture6 bietet eine kostensparende Lösung, indem es seine Technologie mit Wasseraufbereitungssystemen verknüpft. Sie schickten freundlicherweise einige zusätzliche technische Details per E-Mail an CleanTechnica die den Unterschied verdeutlichen.

„Der Prozess beinhaltet die Spaltung von Salz in Soleabfällen durch elektrochemische Prozesse, wodurch eine Base und eine Säure entstehen“, erklären sie. „Die Basis absorbiert CO2 aus der Luft und bildet Karbonate zur Langzeitspeicherung.“

Das ist nicht ganz dasselbe wie Karbonit, aber die Grundidee ist dieselbe. Karbonate sind der Hauptbestandteil fester Materialien wie Muscheln und Kalkstein. Sobald der Kohlenstoff in einem Karbonat eingeschlossen ist, kann er genutzt werden, anstatt ihn in den Untergrund zu transportieren.

Zu den von Capture6 genannten kostensparenden Funktionen gehört, dass das Verfahren Wasserressourcen schont, indem es Frischwasser aus Abwasser erzeugt. Zusätzlich zu einer potenziellen Einnahmequelle aus dieser Quelle gewinnt das System auch wertvolle Chemikalien wie Lithium, Wasserstoff und Salzsäure, den Stoff in Ihrem Magen, der die Nahrung auflöst.

Das System arbeitet außerdem bei energieeffizienten Umgebungstemperaturen und bietet so mehr Möglichkeiten, erneuerbare Energien als Energiequelle zu nutzen.

„Die Technologie ist vielseitig, ermöglicht verschiedene Ein- und Ausgabekonfigurationen und lässt sich synergetisch in mehrere Branchen integrieren“, fügt Capture6 hinzu.

Direkte Luftaufnahme maßstabsgetreu

Capture6 beschreibt sein Direct-Air-Capture-System als hochmodern, das Unternehmen betont jedoch auch, dass das System aus Elementen besteht, die über eine fundierte Geschichte in relevanten Technologien und einer Lieferkette verfügen. Mit anderen Worten: Das System ist reif für eine Skalierung.

„Der Schritt der Wasseraufbereitung nutzt beispielsweise Umkehrosmose; Nanofiltration wird routinemäßig in der Entsalzungsindustrie eingesetzt; Die elektrochemische Spaltung nutzt eine jahrzehntealte Elektrolysetechnologie oder Elektrodialyse, die in letzter Zeit an Bedeutung gewinnt. Die Luftkontakte sind eine Erweiterung von Kühltürmen, die häufig in der Energieerzeugung und anderen Industrieanlagen eingesetzt werden“, erklärt Capture6.

Capture6 nimmt einige weitere Optimierungen an diesen Luftkontaktgebern vor, wobei die beiden Büros des Energieministeriums einen finanziellen Zuschuss und technische Hilfe durch Direct Air Capture der Agentur bereitstellen Preis für vorkommerzielle Technologie. Durch die Förderung geht das Unternehmen von einer Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs um bis zu 15 % aus.

Das Octopus-Projekt und der Energie-Wasser-Luft-Nexus

Noch bevor das Antelope Valley-Projekt in Gang kommt, hat Capture6 bereits mit dem nächsten Demonstrationsprojekt begonnen. Das System heißt Project Octopus und wird als Teil von installiert eine neue Wasseraufbereitungsanlage in Korea wird als „die weltweit erste vollständig integrierte Wassermanagement- und Kohlendioxid (CO₂)-Entfernungsanlage unter Verwendung einer Meerwasserentsalzungsanlage“ angepriesen.

Das direkte Lufterfassungssystem des Projekts Octopus wird in zwei Phasen erweitert. Capture6 geht davon aus, dass es nach vollständiger Fertigstellung jedes Jahr bis zu 500.000 Tonnen Kohlendioxid entfernen wird.

Das Projekt bringt Capture6 mit dem koreanischen staatlichen Wasserversorger K-Water und dem Wasseraufbereitungsspezialisten BKT zusammen. Der Gesamtzweck des neuen Aufbereitungssystems besteht darin, nutzbares Wasser für den Industriekomplex Daesan zu liefern, in dem etwa 40 % der petrochemischen Produktion Südkoreas angesiedelt sind, ohne die bereits von der Dürre betroffenen Süßwasserressourcen der Region noch weiter zu belasten.

„Die Region leidet aufgrund schwerer Dürren und der Abhängigkeit von externen Wasserressourcen unter Wasserknappheit“, stellt Capture6 fest.

„Durch die Zusammenarbeit mit Wasseraufbereitungsanlagen wie der, die K-Water baut, kann die Technologie von Capture6 eine erschwingliche Kohlenstoffentfernung ermöglichen und gleichzeitig die Süßwassererträge der Anlage steigern“, bemerkt Capture6. Die Technologie wird auch dazu beitragen, die Umweltauswirkungen der Einleitung von Entsalzungssole ins Meer zu reduzieren.

Der Blickwinkel der petrochemischen Industrie nimmt dem Nachhaltigkeitsglanz etwas von der grünen Note ab, aber wie Capture6 betont, bietet sein Direct-Air-Capture-System eine alternative Lieferkette für einige dieser Petrochemikalien

„Der Prozess des Unternehmens wird auch umweltfreundliche Chemikalien erzeugen, um die Wassermanagementbetriebe und Schwerindustrien von K-water wie die Stahlproduktion weiter zu dekarbonisieren“, fügt Capture6 hinzu.

Wenn alles nach Plan läuft, wird Project Octopus nicht lange das einzige seiner Art bleiben. K-water ist Vorsitzender des Asia Water Council, der als „die repräsentative globale Wasserplattform zur Lösung der Wasserprobleme Asiens und zur Verbesserung des Wasserschutzes in der Region“ beschrieben wird und 152 Organisationen aus 24 Ländern als Mitglieder umfasst.

Bild: Darstellung des Geplanten K-Wasseraufbereitungsanlage in Korea mit einem neuen Direct-Air-Capture-System des US-Startups Capture6 (mit freundlicher Genehmigung von Capture6).