Innovative Konzepte zur Nutzung von CO2 in der Biomasse-Branche

Beim Klimaschutz geht es im Moment hauptsächlich um die  geringere Entstehung von Kohlenstoffdioxid-Emissionen. Ein weiterer Ansatz ist die aktive Nutzung der entstandenen Emissionen und die damit verbundene Rückhaltung des Treibhausgases aus der Atmosphäre. Wer es schafft gute Konzepte für die Kohlenstoffdioxidnutzung zu finden, der kann einen Rohstoffschatz unserer aktuellen Zeit anzapfen, für dessen Abnahme sogar bezahlt wird (CO2 – Zertifikate) und einen wichtigen gesellschaftlichen Beitrag leisten. Verschiedene Arten der Biomasse-Nutzung sind dafür prädestiniert.

Die Realisierung zukünftiger Produkte, aber auch wissenschaftlicher Entdeckungen hängen bekanntlich nicht nur von der Intuition des Entwicklers und dem Glauben an die Nützlichkeit einer Innovation ab, sondern auch (und Andere würden sogar sagen „vor allem“) von den existierenden wirtschaftlichen Rahmenbedingungen.

Der Fakt, dass sich ein immer besserer Handel für „Verschmutzungszertifikate“ für Kohlenstoffdioxid entwickelt und dadurch die Produktion von CO2 mit wirtschaftlichen Kosten verbunden ist, führt auch dazu, dass über neue Nutzungskonzepte für CO2 nachgedacht werden kann. Das ist ökonomisch interessant und gesellschaftlich relevant (Klimaschutz).

Energetische und stoffliche Nutzung von CO2

Das bei der Oxidation von organischer Substanz entstehende CO2 enthält abhängig von Temperatur und Druck kaum noch nutzbare Energie (Exergie), so dass ökonomisch sinnvolle Konzepte zur weiteren energetischen Nutzung und Umwandlung des Gases meines Wissens nicht existierten.

Da CO2 ein natürlicher Grundbaustein von Biomasse ist, sieht es bei der stofflichen Nutzung von Kohlenstoffdioxid schon anders aus und es gibt zunehmend Ideen die Abgase weiter zu nutzen. Dadurch wird der Zustand von Kohlenstoffdioxid als freies Gas so kurz wie möglich gehalten und möglichst direkt in eine fixierte Kohlenstoff-Form umgewandelt. Zwei Arten von Anwendungsmöglichkeiten zur Herstellung von Kohlenstoffsenken innerhalb der Biomassebranche möchte ich kurz vorstellen.

Gewächshäuser und BHKWs

Zuerst ein Konzept, welches zwar schon einige Jahre alt ist, aber erst durch die Verbreitung der Blockheizkraftwerkstechnologie (BHKW) zunehmende Verbreitung findet.

Der natürliche Anteil von Kohlenstoffdioxid in der Umgebungsluft beträgt ca. 350 ppm. Es wurde jedoch wissenschaftlich untersucht, dass viele Pflanzen für ihr Wachstum einen höheren CO2 Gehalt von um die 800 – 1000 ppm als Optima haben.

Durch die Düngung mit CO2 über das künstliche Einbringen in Gewächshäuser wird der Kohlenstoffdioxid-Anteil für das Pflanzenwachstum optimiert und die Chance auf eine zeitweise Limitierung durch diesen Parameter verringert.

Die Abgase eines BHKWs, welche bei der Verstromung von Biogas und Erdgas entstehen, enthalten um die 6% CO2. Diese Emissionen können über einige Aufbereitungsschritte in das Gewächshaus eingebracht werden, wo das CO2 eine weitere Wertschöpfung erreichen kann.

Mikroben und CO2

Eine Größenordnung kleiner sollen nun auch verstärkt Mikroorganismen zum Einsatz kommen. So planen RWE Power und das Unternehmen B.R.A.I.N die Methoden der weißen Biotechnologie mit den Zielen der Stromerzeugung und des Klimaschutzes zu verbinden.

Als weiße Biotechnologie bezeichnet man biotechnologische Verfahren, die für das Optimieren industrieller Prozesse angewandt werden. Dafür wird vor allem auf den Einsatz von Mikroorganismen oder Enzymen zurückgegriffen.

Das Ziel des konkreten Projekts ist, Mikroorganismen so zu designen, dass sie CO2 effizienter umwandeln und dadurch die Wachstumsrate der Mikroben erhöht wird. Es findet in einem kleinen Maßstab eine Kohlendioxidreduzierung in der Atmosphäre statt, wobei der Kohlenstoff gleichzeitig als Biomasse fixiert wird. Diese Biomasse kann zur Stromproduktion oder stofflichen Verwertung genutzt werden.

Das Designen von Mikroorganismen hört sich auf der einen Seite nach einem sehr starken Eingriff in die natürlichen Prozesse der Natur ein, bei dem (zumindest bei mir) viele Warnsignale angehen. Auf der anderen Seite entspricht dieses Vorgehen „nur“ einer beschleunigten Züchtung, um gezielt gewünschte Entwicklungspräferenzen auf genetischer Ebene zu fördern. Dieses Vorgehen ist sicherlich gewöhnungsbedürftig.

Bisher wurde in der Landwirtschaft vor allem Tier- und Pflanzenzucht betrieben. Die Möglichkeit der Nutzung (ich weiß nicht ob man von Zusammenarbeit sprechen kann) von Mikroorganismen erscheint mir deshalb naheliegend.

Photo: Thanks to emergenz

About the Author:

Ron "BiomassMuse" Kirchner ist Umweltingenieur, Fachjournalist und WebDesigner. Eine für BiomassMuse nützliche Mischung, da diese einen unabhängigen Schreibstil unterstützt. Aus der Hauptstadt schreibt er über den Einsatz der gasförmigen, flüssigen und festen Bioenergie im Strom-, Wärme- und Kraftstoffmarkt. Außerdem engagiert er sich gemeinsam mit anderen Energiebloggern für das Gelingen einer bürgernahen und ganzheitlichen Energiewende.

2 Comments

  1. RonKir 20. März 2011 at 17:08

    Hi Paul, vielen Dank für diese kreativen Ideen!

    Vor allem die Idee, dass man das erzeugte Biogas nur im Winter nutzt (verstromt) und während der wärmeren Jahreszeiten über speichert, hat mir gut gefallen. Für die anstehende Novelle des EEG wird von einigen Parteien vorgeschlagen, dass man die Förderung des Biogasstroms an ein effektives Wärmenutzungskonzept knüpft. Biogas zu speichern kostet zwar auch Energie, aber vielleicht lohnt sich diese Investition, wenn dadurch der genutzte Wärmeanteil deutlich ansteigt. In einigen Regionen und bei einigen Anlagen könnte diese saisonale Verstromung des Biogases vielleicht zu einem wirtschaftlicheren Betrieb führen. Ein sehr interessantes Gedankenspiel.

    Natürlich hat es den Nachteil, dass die betroffene Biogasanlage in den warmen Jahreszeiten (vielleicht aber zumindest in der Nacht?) keinen Strom produzieren würde und die Speicher wahrscheinlich sehr groß sein müssten, aber das müsste man durchrechnen. Bioenergie wird ja immer häufiger als ergänzende Regelenergie für die schwankendere Wind- und Sonnenenergie vorgeschlagen, weil sie am aktuell noch am einfachsten speicherbar ist.

    Das Konzept finde ich ziemlich spannend und hinterfragt bestehende Energieproduktionszyklen. Die weiteren Vorschläge zur Nutzung des CO2 sind hochaktuell, aber ich stehe diesem Thema etwas kritisch gegenüber. Es mag aber sicher Fälle geben, in denen die CO2-Speicherung sehr sinnvoll ist. Die direkte Nutzung des Kohlendioxids als Kohlenstoffquelle für Algen oder Gemüse ist aber ein Punkt der mich auch sehr interessiert und der ein wichtiger Schritt sein könnte, um zukünftig die Nährstoffkreisläufe noch besser zu schließen.

    Schöne Grüße,
    Ron

  2. Paul Imbusch 20. März 2011 at 15:59

    Hallo Ron,

    seit langem verfolgt mich diese Idee der Nutzung von Ab – CO2.

    Voraussetzung wäre ein Standort mit hohem Wärmebedarf.

    Diesen haben wir dann hauptsächlich im Winter. Eine von vielen Methoden diesen zu decken ist die Wärmepumpe, darauf beruhend ein Gas zu komprimieren. Im Sommer, wenn wir mit einem BHKW Strom erzeugen, können wir mit der Wärme meist wenig anfangen, es sei denn wir haben einen entsprechenden Kältebedarf im Kühlhaus oder Stadtnähe, deckbar durch Ad/Absorptionstechnologie.

    Also am besten Biogas nur im Winter produzieren.

    Wenn ich das Abgas eines BHKW Motors komprimiere erhalte ich außer der gewünschten Wärme bei einer bestimmten Druck / Temperaturkonstellation CO2 flüssig. Ferner problemloses Wasser, aber der Druck reicht wahrscheinlich nicht die 60% Stickstoff flüssig zu machen.
    Diesen lassen wir dann entspannt in die Atmosphäre, nachdem er CO2 noch einen Grad kälter gemacht hat. CO2 flüssig heben wir uns auf für den Sommer schicken es dann über das Nahkältenetz in die Stadt oder entspannen es über eine Kraftmaschine und verschicken die Solekälte in die Stadt. CO2 Gas füttert dann unsere Chlorella auf dem Dach oder die Tomaten unter Glas. Wenn wir nur das Abgas des Motors betrachten, braucht es vielleicht keinen eigenen Kompressor es reicht das Abgas am kalten Ende zu drosseln. Wenn wir jedoch einen getrennten Kompressor
    haben, ließe sich damit ein Teil des Biogases zu CO2 flüssig und CNG verarbeiten und transportfähig machen.

    Viel Spass mit meiner Phantasie

    Paul

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