Wie Heirloom Carbon bis 2035 eine Milliarde Tonnen CO2 filtern und speichern will

Cleantech-Startup Heirloom eröffnet im November 2023 erste kommerzielle DAC-Anlage der USA.

Um Dekarbonisierung und ökologische Transformation zu meistern, wird es notwendig sein, unvermeidbare Kohlendioxid-Emissionen auszugleichen, indem das Gas aus der Atmosphäre abgeschieden und gespeichert wird. Neben Carbon Engineering oder Climeworks ist jetzt ein neuer Anbieter am Horizont aufgetaucht: Heirloom Carbon hat die Mission, eine Milliarde Tonnen CO₂ bis 2035 zu filtern und zu mineralisieren – und das zu geringeren Kosten.

Um den globalen Temperaturanstieg auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, sind Negativ-Emissionen erforderlich. Bedeutet: Kohlendioxid wird gefiltert und dauerhaft gespeichert oder in langlebigen Produkten verwendet werden. Um eine Erwärmung des Planeten um 2 ˚C zu verhindern, müssten laut einer Studie aus dem Jahr 2018 bis 2050 jährlich zehn Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt werden, bis 2100 sogar 20 Milliarden. Daran arbeitet das Cleantech-Unternehmen.

Grund für den Bedarf an Negativ-Emissionen: Langjährige Untätigkeit bzw. sogar die bewusste Desinformation etwa von Shell wider besseren Wissens. Shell ist bis heute uneinsichtig, und hat gerade eine empfindliche Niederlage vor Gericht erlitten.

Die Nachfrage nach hochwertiger Kohlenstoffabscheidung wächst mittlerweile rasant – und das, obwohl CO₂-Zertifikate noch günstiger sind als die Technologien zur echten Abscheidung und Speicherung wie etwa durch CarbFix in Island. Freiwillige Käufer kaufen Emissionsgutschriften, um ihre Emissionen auszugleichen. Compliance-Märkte wie der kalifornische Low Carbon Fuel Standard und das Emissionshandelssystem der EU liefern Blaupausen für die kommenden Kohlenstoffmärkte im Wert von über 100 Milliarden Dollar.

Will die Menschheit künftig pro Jahr Dutzende Gigatonnen Kohlenstoff entfernen, wird eine sehr große Industrie entstehen. Unternehmen wie Heirloom Carbon könnten zu den Großkonzernen zählen. Doch heute verfügbare Lösungen zur Kohlendioxid-Entfernung sind für die Skalierung noch zu teuer. Notwendig wären kilometerlange Wände aus Ventilatoren, die enorme Mengen Energie verbrauchen.

So funktioniert die direkte Kohlendioxid-Abscheidung

Im Kern ist die direkte Kohlendioxid-Abscheidung ein zweistufiger Prozess:

• Abscheidung: CO₂ wird durch eine chemische Reaktion mit einem festen oder flüssigen „Sorptionsmittel“ aus der Luft abgeschieden
• Regeneration: Das CO₂ und das Sorptionsmittel werden getrennt, um reines CO₂ zu erzeugen, das dauerhaft unterirdisch gelagert werden kann.

Die Regenerationsphase ist in der Regel ein energieaufwändiger Prozess. Es gibt eine Grenze dessen, was getan werden kann, um den Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten zu reduzieren. Aber die Erfassungsphase ist flexibler, und darin liegt Besonderheit der Technologie.

Natürlich vorkommende Mineralien sind – neben Wäldern, Böden und dem Meer – eine der wichtigsten Kohlenstoffsenken unseres Planeten. Über geologische Zeiträume hinweg bindet sich Kohlendioxid in Luft und Wasser chemisch an Mineralien und wird dauerhaft zu Stein. Dieser natürliche Prozess bildet die Grundlage für Abscheidungsphase.

Die Direct Air Capture-Technologie wird aus zwei Gründen zu den kostengünstigsten Lösungen auf dem Markt gehören, so das Cleantech-Unternehmen. Erstens sind die genutzten Mineralien (Karbonate) erstaunlich reichlich vorhanden. Die Verwendung von Karbonaten als Sorptionsmittel kostet weniger als ein Prozent der hochentwickelten Gegenstücke, die heute in vielen Technologien zur direkten Luftabscheidung verwendet werden.

Zweitens bietet die Technologie die Möglichkeit, die natürliche Kohlenstoffaufnahmerate des Minerals zu verbessern, wodurch der jahrelange geologische Prozess auf eine Frage von Tagen reduziert wird. Das Sorptionsmittel kann der Umgebungsluft so passiv ausgesetzt werden. Herzstück sind damit ein optimierter Passiv-Luft-Kontaktor, und ein automatisiertes Materialhandhabungssystem. Die Natur erledigt sozusagen einen Teil der Arbeit und minimiert dadurch den Aufwand im Hinblick auf Flächen, Energie und Kosten.

Hochtemperatur-Reaktor: Kalzium kochen

Konkret nutzt das Cleantech-Unternehmen einen Hochtemperatur-Reaktor um gemahlenen Kalkstein oder Magnesit, größtenteils aus Kalzium bestehend, bei 400 bis 900 Grad Celsius zu „kochen“, um diesen zu zersetzen. Dadurch wird CO₂ freigesetzt. Verwendet werden sollen elektrische Brennöfen, damit ein Strom von Kohlendioxid ohne Verunreinigungen durch fossile Brennstoffe entstehen kann. Dieses Kohlendioxid kann dann relativ einfach aufgefangen, komprimiert und unterirdisch verpresst werden, wodurch es praktisch für immer gespeichert wird.

Die übrig gebliebenen Oxid-Mineralien, bei einem Prozess mit Kalkstein wäre dies Kalziumoxid, können in dünnen Schichten auf Platten ausgebreitet, vertikal gestapelt und an der freien Luft ausgesetzt werden. Die Mineralien sind hochreaktiv und verbinden sich mit dem Kohlendioxid in der Luft. Mit einigen zusätzlichen Verbesserungen, so glauben die Forscher, könnten sich die meisten Materialien bereits nach zwei Wochen mit dem Treibhausgas verbinden. Normalerweise würde es etwa ein Jahr dauern.

Dieser Prozess würde Kalziumoxid wieder in Kalziumkarbonat umwandeln, den Hauptbestandteil von Kalkstein, und dann kann der Prozess einfach von vorne beginnen. Das Unternehmen glaubt, dass es die Materialien mindestens zehnmal, möglicherweise sogar dutzendmal, wiederverwenden kann, bevor sie sich zu sehr zersetzen, um genügend Kohlendioxid abzuscheiden.

Finanzierungsrunde mit Breakthrough Energy Ventures

Das in San Francisco angesiedelte Unternehmen hat gerade eine Finanzierungsrunde mit Breakthrough Energy Ventures, Lowercarbon Capital, Incite.org, Yes VX, The Grantham Foundation for the Protection of the Environment, Autodesk Foundation und Prelude Ventures abgeschlossen. Die Höhe der genannten Finanzierung wurde aber bislang nicht veröffentlicht.

Das Kerngeschäftsmodell des Unternehmens wird der Verkauf von Emissionsgutschriften an Unternehmen oder Privatpersonen sein, entweder über freiwillige Kompensationssysteme oder staatliche Emissionsprogramme. Heirloom Carbon setzt darauf, dass seine Angebote immer attraktiver werden, da ihre Kosten sinken und die Politik Zuckerbrot und Peitsche bereitstellt, die es für Unternehmen oder Regierungen attraktiver – oder notwendiger – machen, im Laufe der Zeit für den Kohlenstoffabbau zu zahlen.

Einen ersten Kunden hat das Unternehmen auch schon an Land gezogen: Stripe zahlt 2,8 Millionen Dollar, um Kohlenstoffentfernungs-Credits von sechs Projekten zu kaufen – zusätzlich sollen weitere 5,25 Millionen Dollar folgen, wenn diese Bemühungen bestimmte Meilensteine erreichen.

Heirloom Carbon: Verfahren in Nature Communications

Das Unternehmen erregt unter anderem deshalb Aufmerksamkeit, weil das Verfahren, das in einer im vergangenen Jahr in Nature Communications veröffentlichten Arbeit beschrieben wurde, von prominenten Forschern entwickelt wurde, die sich mit der Verwendung von Mineralien zur Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff beschäftigen. Dazu gehören: Peter Kelemen von der Columbia University, Greg Dipple von der University of British Columbia, Phil Renforth von der Heriot-Watt University und Jennifer Wilcox, die jetzt stellvertretende Staatssekretärin für fossile Energie in der Biden-Administration ist.

Laut US Geological Survey gibt es allein in den USA etwa 3.000 Gigatonnen CO₂-Speicherkapazität in Reservoiren über 3.000 Fuß unter der Erdoberfläche. In dieser Tiefe ist das Risiko negativer Auswirkungen wie Eingriffe in das Grundwassersystem und seismische Aktivitäten sehr gering. Und fast jede Region der Welt verfügt über ein Speicherpotenzial von mindestens 100 Gigatonnen. Das Ergebnis ist eine Technologie, die überall dort eingesetzt werden kann, wo geologische CO₂-Speicherung und kostengünstige erneuerbare Energien möglich sind, und die eine ganz neue Klasse von wirklich globalen Klima-Jobs schafft.

Inspiriert von der Natur ist es die Vision, den Prozess der Kohlenstoffmineralisierung zu verbessern, und ihn auf ein hochwertiges System zur direkten Abscheidung aus der Luft anzuwenden, das langfristig 50 Dollar pro Tonne CO₂. Ziel des Cleantech-Unternehmens ist es, eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid bis 2035 zu entfernen.

Microsoft mit Großauftrag für DAC-Startup

Microsoft hat im September 2023 einen langfristigen Vertrag abgeschlossen. Der Vertrag umfasst den Erwerb von bis zu 315.000 metrischen Tonnen CO₂-Entfernung über mehrere Jahre hinweg. Heirloom Carbon nutzt die natürlichen Eigenschaften von Kalkstein, um CO₂ aus der Atmosphäre zu entfernen. Diese Vereinbarung zählt zu den größten Deals im Bereich CO₂-Entfernung (Carbon Removal) bisher.

Anschließend wurde auch Stripe, ein Fintech-Unicorn, Kunde. Laut Wall Street Journal beläuft sich der Wert des Vertrages auf bis zu 200 Millionen Dollar, was für das junge Cleantech-Startup eine bedeutende Einnahmequelle darstellt.

Microsoft ist bereits über seinen Climate Innovation Fund investiert. Daneben zählt auch Climeworks zu den führenden Unternehmen im Bereich DAC. Beide arbeitet zusammen an einem großen Projekt in den USA. Interessanterweise ist Microsoft auch ein bedeutender Kunde von Climeworks und hat 2022 mit dem Unternehmen einen Zehn-Jahres-Vertrag unterzeichnet.

Update vom 11. November 2023: Erste kommerzielle Anlage

Im November 2023 hat Heirloom Carbon in Tracy in den USA die erste kommerzielle DAC-Anlage der USA vorgestellt. Wie bedeutsam dieser Schritt für das Land ist, zeigt die Anwesenheit von US-Präsident Joe Biden und Energieministerin Jennifer Granholm. Im Inflation Reduction Act hat die Regierung auch die CO₂-Abscheidung in den Mittelpunkt gerückt.

„Diese erste kommerzielle Direct-Air-Capture-Anlage ist das, was einer Zeitmaschine auf der Welt am nächsten kommt, weil sie die Uhr des Klimawandels zurückdrehen kann, indem sie Kohlendioxid entfernt, das bereits in unsere Atmosphäre emittiert wurde“, sagte Shashank Samala, CEO und Mitbegründer des Unternehmens. Die Kapazität zur Abscheidung des Klimagases liegt bei 1.000 Tonnen pro Jahr. Es wird vom Cleantech-Unternehmen Carbon Cure in der Beton-Produktion verwendet.

Die Anlage besteht aus mehreren Hundert Schalen aus Kalkstein, die gestapelt sind. Dadurch wird auf natürliche Weise CO2 absorbiert. Durch eine Behandlung des Kalkstein geht der Prozess schneller als in natürlichen Verwitterungsprozessen. Hat das Gestein genügend Kohlendioxid gebunden, wird es mit erneuerbarer Energie erhitzt, um das Klimagas freizusetzen. Die Steine werden wiederverwendet.

Einschätzung von Martin Jendrischik, Gründer von Cleanthinking:

Heirloom Carbon ist ein Cleantech-Startup im Bereich der Carbon Capture Companies (ähnlich wie Running Tide) mit ausgesprochen großen Ambitionen. Wenn es den Gründern gelingt, sehr schnell eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid zu filtern, wäre das ein Hoffnungsschimmer für die Welt. Denn das Filtern von zehn Milliarden Tonnen jährlich durch diese und die vielen ähnlichen Technologien im Bereich Direct Air Capture, die auf dem Markt sind, ist eine gewaltige Herausforderung – sowohl in Bezug auf die Kosten, die unter 100 Dollar pro Tonne liegen müssen, als auch im Hinblick darauf, dass möglichst ausschließlich erneuerbare Energien für die oft energieintensiven Verfahren genutzt werden.

Der Artikel entstand am 29. Mai 2021 – letztes Update im November 2023.