Direct-Air-Capture-Technologie Modifizierte Schienenfahrzeuge reinigen die Luft von CO₂

Das US-amerikanische Start-up-Unternehmen CO₂Rail Company hat in Zusammenarbeit mit einem weltweit anerkannten Forscherteam, zu dem auch Ingenieure der Universität Sheffield gehören, eine Direct-Air-Capture-(DAC)-Technologie entwickelt, die Kohlendioxid aus der Luft abscheidet und in speziellen Eisenbahnwaggons eingesetzt werden kann, die in bereits fahrenden Zügen im Regelbetrieb eingesetzt werden.

CO₂ aus der Luft saugen

Die DAC-Waggons arbeiten mit großen Lufteinlässen, die in den Windschatten des fahrenden Zuges ragen, um die Umgebungsluft in die große zylindrische CO₂-Sammelkammer zu befördern, so dass keine energieintensiven Gebläsesysteme benötigt werden, wie sie bei stationären DAC-Anlagen erforderlich sind. Die Luft durchläuft dann einen chemischen Prozess, bei dem das CO₂ von der Luft getrennt wird, und die kohlendioxidfreie Luft strömt dann hinten oder an der Unterseite des Fahrzeugs wieder in die Atmosphäre zurück.

Nachdem eine ausreichende Menge CO₂ aufgefangen wurde, wird die Kammer geschlossen und das aufgefangene CO₂ wird gesammelt, konzentriert und in einem Flüssigkeitsbehälter gelagert, bis es bei einem Personalwechsel oder einem Tankstopp aus dem Zug in normale CO₂-Kesselwagen entleert werden kann. Anschließend wird es als wertvoller Rohstoff für die CO₂-Verwertung in die Kreislaufwirtschaft oder zu nahe gelegenen geologischen Deponien transportiert.

Bremsen als nachhaltige Energiequelle

Jeder dieser Prozesse wird ausschließlich durch bordseitig erzeugte, nachhaltige Energiequellen angetrieben, die keine externe Energiezufuhr oder außerdienstliche Ladezyklen erfordern. Wenn ein Zug auf die Bremse tritt, wandelt sein Energiebremssystem die Vorwärtsbewegung des Zuges in elektrische Energie um, ähnlich wie bei einem regenerativen Elektrofahrzeug. Derzeit wird diese Energie bei Zügen in Form von Wärme abgeleitet und bei jedem Bremsmanöver oben aus der Lokomotive ausgestoßen.

Der Mitautor der Studie, Professor Peter Styring vom Fachbereich Chemie- und Bioingenieurwesen der Universität Sheffield und Direktor des britischen Zentrums für die Nutzung von Kohlendioxid, sagte: „Derzeit geht die enorme Menge an nachhaltiger Energie, die beim Bremsen eines Zuges entsteht, einfach verloren. Diese innovative Technologie wird nicht nur die beim Bremsen entstehende nachhaltige Energie nutzen, um erhebliche Mengen an CO₂ zu gewinnen, sondern auch viele Synergien nutzen, die sich durch die Integration in das globale Eisenbahnnetz ergeben würden.“

Styring führt fort: „Die Technologie wird bedeutende CO₂-Mengen zu weitaus geringeren Kosten auffangen und hat das Potenzial, bis 2030 eine jährliche Produktivität von 0,45 Gigatonnen, bis 2050 von 2,9 Gigatonnen und bis 2075 von 7,8 Gigatonnen zu erreichen, wobei jedes Fahrzeug in naher Zukunft eine jährliche Kapazität von 3.000 Tonnen CO₂ haben wird.“ Im Gegensatz zum stationären DAC-Betrieb, der große Flächen für den Bau von Anlagen und den Aufbau erneuerbarer Energiequellen für deren Betrieb benötigt, wäre CO₂Rail vorübergehend und würde im Allgemeinen von der Öffentlichkeit nicht wahrgenommen werden. Die potenziellen Auswirkungen dieser Technologie wurden vor kurzem durch die Ankündigung europäischer Verkehrsorganisationen Anfang des Monats verstärkt, die Nutzung von Hochgeschwindigkeitszügen bis 2050 verdreifachen zu wollen, um den CO₂-lastigen Flugverkehr einzudämmen.

Enorme Energie in jedem Bremsmanöver

Eric Bachman von der CO₂Rail Company, sagte: „Im Durchschnitt erzeugt jedes vollständige Bremsmanöver genug Energie, um 20 durchschnittliche Haushalte einen ganzen Tag lang mit Strom zu versorgen – es handelt sich also nicht um eine triviale Energiemenge.“ Multipliziert man dies mit jedem Stopp oder jeder Abbremsung fast aller Züge auf der Welt, so erhält man etwa 105 Mal mehr Energie als der Hoover-Staudamm im gleichen Zeitraum erzeugt, und das war ein Wasserkraftwerksprojekt, das sechs Jahre dauerte und 760 Millionen Dollar in heutigen Dollar kostete.

Er fügte hinzu: „Stellen Sie sich vor, Sie steigen jeden Morgen in einen Zug, sehen die CO₂Rail-Waggons und wissen, dass Ihr täglicher Weg zur Arbeit tatsächlich zur Eindämmung des Klimawandels beiträgt. Wenn man die Wahl zwischen der Bahn und einem anderen Verkehrsträger hat, wird diese Technologie viele Verlader überzeugen.

Wieviel CO₂ kann aus der Luft geholt werden?

Das Team, dem Forscher der Universität Sheffield, der Universität Toronto, des MIT, Princeton, der Wirtschaft und der Industrie angehören, hat herausgefunden, dass jeder Waggon mit direkter Luftabscheidung etwa 6.000 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr aus der Luft holen kann, und dass es mit der Weiterentwicklung der Technologie noch mehr werden. Da Züge in der Lage sind, mehrere CO₂Rail-Waggons aufzunehmen, wird jeder Zug ein entsprechendes Vielfaches der CO₂-Tonnage einfangen. Da der nachhaltige Energiebedarf ausschließlich durch vom Zug erzeugte Quellen gedeckt wird, die keine zusätzlichen Kosten verursachen, lassen sich allein beim Energieeinsatz Einsparungen von 30 bis 40 Prozent pro Tonne abgeschiedenem CO₂ erzielen.

Preis einer Tonne CO₂

Zusammen mit anderen bedeutenden Einsparungen, wie zum Beispiel bei den Landkosten, führt dies dazu, dass die voraussichtlichen Kosten im großen Maßstab auf weniger als 50 Dollar pro Tonne sinken, was die Technologie nicht nur wirtschaftlich lebensfähig, sondern auch kommerziell attraktiv macht. Professor Geoffrey Ozin von der Universität Toronto und Mitverfasser der Studie, sagte: „Bei diesen Preisen und mit seinen enormen Fähigkeiten wird CO₂Rail wahrscheinlich bald der erste Megatonnen-, der erste Gigatonnen- und der insgesamt größte Anbieter von direkten Luftreinigungsanlagen der Welt sein. „CO₂Rail ist im regulären Transport klimaneutral und im DAC-Betrieb in der Umgebungsluft deutlich kohlenstoffnegativ. Eine Win-Win-Situation in jeder Hinsicht und eine Technologie, die die Menschheit rettet.“

Das Team arbeitet auch an einem ähnlichen System, das die CO₂-Emissionen aus den Abgasen dieselbetriebener Lokomotiven, wie sie in Nordamerika und anderen Teilen der Welt allgemein üblich sind, entfernen kann. Angesichts der zunehmenden Elektrifizierung des Schienenverkehrs auf nachhaltiger Basis würde diese punktuelle Stromerzeugung auf Diesellokomotiven die Schiene zum weltweit ersten kohlenstoffneutralen Verkehrsmittel in großem Maßstab machen.