Wer Kohlendioxid aus der Luft holen will, muss viel Luft bewegen und das eingefangene Gas anschließend wieder vom Filter lösen. Beides benötigt Energie. Neue Materialien könnten diesen Aufwand verringern. Entscheidend ist aber nicht allein die Temperatur am Filter: Auch Ventilatoren, Wasser im Material und die spätere Speicherung gehören zur Rechnung.
Direct Air Capture, kurz DAC, bezeichnet Verfahren, die CO₂ aus der Umgebungsluft abtrennen. Anders als am Schornstein ist das gesuchte Gas hier stark verdünnt. Die Anlage kann daher nicht einfach einen konzentrierten Abgasstrom übernehmen. Sie muss Luft und Bindemittel in Kontakt bringen und das CO₂ daraus gewinnen. Das US-Energieministerium beschreibt zwei grundsätzliche Wege: flüssige Lösungen und feste Filtermaterialien.
Ein Filter muss zweimal funktionieren
Bei einem festen Filter bleibt CO₂ an einem geeigneten Material hängen. Die übrige Luft strömt weiter. Irgendwann sind Bindungsplätze belegt. Dann muss das Material das Gas wieder abgeben, damit es erneut einsatzfähig ist. Fachleute nennen diesen Schritt Regeneration. Wärme, Unterdruck oder eine Kombination beider können dabei helfen. Am Ende liegt das CO₂ konzentrierter vor als in der angesaugten Luft.
Das Material steht damit vor einer doppelten Aufgabe. Es soll CO₂ bei der Aufnahme gut festhalten, es später aber mit möglichst wenig Aufwand wieder freigeben. Ein stark bindendes Material ist nicht automatisch das beste Gesamtsystem. Wie viel Energie ein vollständiger Zyklus benötigt, hängt auch davon ab, wie das Material angeordnet, erwärmt und wieder abgekühlt wird.
Die Anlage braucht zudem Platz für den Luftstrom. Ein dichter Filter kann viele aktive Oberflächen bieten, setzt der Luft aber auch Widerstand entgegen. Ventilatoren müssen diesen Widerstand überwinden. Ein offener Aufbau erleichtert die Durchströmung, muss aber trotzdem ausreichend Kontakt zwischen Luft und Bindematerial ermöglichen. Es geht also um ein Zusammenspiel, nicht um einen einzelnen Rekordwert im Labor.
Wärme nur dorthin bringen, wo sie gebraucht wird
Genau an dieser Stelle setzt das deutsche Forschungsprojekt SAFE-CO₂ an. Fraunhofer IGB, die Universität des Saarlandes und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung entwickeln schaltbare Adsorber. Das sind Materialien, an deren Oberfläche CO₂ gebunden werden kann. Die beteiligten Forschenden wollen Polymere nutzen, deren Eigenschaften sich durch Erwärmung verändern.
Das Projekt nennt als Ziel eine Freisetzung bei etwa 70 Grad Celsius. Die Materialien sollen in eine offenporige, schwammartige Struktur eingebettet werden, durch die Luft mit geringem Widerstand strömen kann. Außerdem soll möglichst das eigentliche Adsorbermaterial erwärmt und ein Teil der Wärme zurückgewonnen werden. Das Vorhaben läuft von April 2026 bis Dezember 2029.
Eine niedrigere Zieltemperatur ist interessant, weil sich damit andere Wärmequellen anbieten können. Sie sagt für sich aber noch nicht, wie viel Energie die komplette Anlage pro Tonne CO₂ braucht. Dafür zählen unter anderem die tatsächlich zurückgewonnene Wärme, die Luftförderung und die Zahl der Zyklen, die das Material durchhält. SAFE-CO₂ muss diese Eigenschaften erst nachweisen; eine erreichte Einsparquote nennt die Projektbeschreibung nicht.
Auch Wasser spielt mit
Außenluft enthält neben CO₂ auch Wasserdampf. Ein Filter arbeitet deshalb nicht mit einem isolierten Gas. Der Überblick des US-Energieministeriums von 2025 nennt die gleichzeitige Aufnahme von Wasser als einen Faktor, der mit der Form des Materials und der Art seiner Erwärmung zusammenhängt. Welche Folgen das konkret hat, hängt vom Material und den Betriebsbedingungen ab.
Das erklärt, warum ein Stoff, der unter kontrollierten Bedingungen viel CO₂ bindet, noch keine fertige Anlage ergibt. Seine Leistung muss über wiederholte Aufnahme- und Freisetzungszyklen hinweg zum Luftstrom und zur Wärmeversorgung passen. Auch die Struktur, in der das Material steckt, kann Energie kosten, wenn sie immer wieder mit aufgeheizt wird. Wärme gezielt einzubringen und zurückzugewinnen ist deshalb ein eigener Entwicklungsansatz.
Abgeschieden heißt noch nicht dauerhaft entfernt
Nach dem Filter ist der Weg des CO₂ nicht zu Ende. Es kann weiterverarbeitet oder für eine dauerhafte Speicherung vorbereitet werden. Wird es beispielsweise in einem kurzlebigen Produkt verwendet und später wieder freigesetzt, ist das nicht dasselbe wie eine dauerhafte Entnahme aus der Atmosphäre. Für eine Klimabilanz zählen außerdem die Emissionen, die beim Bau und Betrieb sowie bei Transport und Speicherung entstehen.
Das US-Energieministerium empfiehlt dafür eine Lebenszyklusanalyse: Sie soll erfassen, wie viel CO₂ unterm Strich entfernt wird und welche weiteren Umweltwirkungen auftreten. Eine Tonne am Filter ist also nicht automatisch eine Tonne Nettoentnahme.
Der Fortschritt bei der Luftabscheidung entscheidet sich an mehreren Stellen zugleich: am Bindematerial, am Luftweg, an der Wärmeversorgung und am Verbleib des Gases. Ein besserer Filter kann helfen. Wie groß der Nutzen ist, zeigt erst die Bilanz des gesamten Systems.
Quellen
- Fraunhofer IGB: SAFE-CO₂ – Schaltbare Adsorber für die CO₂-Abscheidung, Projektbeschreibung.
- US Department of Energy: DOE Explains Direct Air Capture.
- US Department of Energy: Direct Air Capture: Definition and Company Analysis, Januar 2025.
- US Department of Energy: Best Practices for Life Cycle Assessment of Direct Air Capture with Storage.
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