Bislang werden alkalische Industrieabwässer aus der Stahl- oder Zementproduktion mit Säuren neutralisiert und dann ungenutzt in Flüsse geleitet. Doch diese Abwässer lassen sich nutzen, um das Treibhausgas Kohlendioxid aus Luft oder Abgasen zu binden. Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem dies einfach und ohne großen Energieaufwand gelingen kann. Global ließen sich dadurch Millionen Tonnen CO2 neutralisieren, wie sie errechnet haben.
Der Klimaschutz reicht bislang nicht aus, um die weiterhin steigenden Kohlendioxid-Emissionen und damit die globale Erwärmung zu stoppen. Deshalb rücken zunehmend technische Lösungen wie das Carbon Dioxide Removal (CDR) in den Fokus. Ziel dieser Methoden ist es, das Klimagas aus der Luft oder Abgasen abzutrennen und anschließend zu binden – entweder in nutzbaren Chemikalien oder in dauerhaften Speichern.
Industrieabwässer mit ungenutztem Potenzial
Einen neuen Ansatz, um das Treibhausgas CO2 zu binden, schlagen nun Forscher um Helmuth Thomas vom Helmholtz Zentrum Hereon in Geesthacht vor. Im Fokus ihrer Methode stehen dabei alkalische Industrieabwässer: „Diese Abwässer fallen in großen Mengen an – in der Zement- oder in der Stahlproduktion zum Beispiel“, erklärt Thomas. Umweltvorgaben schreiben vor, dass diese Abwässer nur dann in Flüsse eingeleitet werden dürfen, wenn sie zuvor auf weitgehend neutrale pH-Werte gebracht wurden. „Bisher werden dafür starke mineralische Säuren wie Schwefelsäure und Salzsäure genutzt“, schreibt das Team.
Doch damit bleibt das Potenzial dieser Abwässer für die CO2-Bindung ungenutzt, wie Thomas und seine Kollegen erklären. Denn aus den Ozeanen ist bekannt, dass gelöste Kohlenstoffverbindungen in Form von Karbonat-Ionen (CO32-) oder Hydrogenkarbonat (HCO3–) als Puffer wirken: Sie entstehen, wenn im Wasser gelöstes CO2 unter alkalischen Bedingungen mit OH-Ionen reagiert. Genau diese Reaktion ließe sich auch bei alkalischen Industrieabwässern zum Carbon Removal nutzen. „Unser Verfahren basiert im Grunde auf einer Reaktion, die man noch aus dem Chemieunterricht kennt – der Neutralisierung einer Lauge durch eine Säure“, sagt Thomas.
Aus CO2 und Lauge wird Hydrogenkarbonat
Herzstück des „Wastewater Alkalinity Preservation“ (WAP) getauften Systems ist eine Mischungskammer, in die Abwasser, CO2 und Flusswasser eingeleitet werden. „Diese Schlüsselkomponente ist dazu gedacht, den Kontakt von Gas und Flüssigkeit unter kontrollierten hydraulischen Bedingungen zu fördern“, erklären die Forscher. „Das CO2 neutralisiert das Abwasser, indem es die überschüssigen Hydroxid-Ionen bindet. Dadurch senkt es den pH-Wert auf ein Niveau, das den Umweltvorgaben entspricht“, schreiben Thomas und sein Team. Das CO2 wird dabei in Hydrogenkarbonat und Karbonat-Ionen umgewandelt.
In einer Modellrechnung ermittelten die Forscher, welches Potenzial diese Methoden hat. „Diese Abwasserbehandlung könnte bei stark alkalischen Abwässern wie aus der Aluminiumverarbeitung oder bestimmten Zementprozessen 4 bis 10 Kilogramm CO2 pro Kubikmeter Abwasser binden“, berichten Thomas und seine Kollegen. Eine mittelgroße Fabrik mit solchen Abwässern könnte damit rund 1,3 Kilotonnen CO2 pro Jahr binden. Bei weniger alkalischen Abwässern wäre es entsprechend weniger. „Global legen unsere Berechnungen ein Gesamtpotenzial für dieses CDR-Verfahren von 11 bis 32 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr nahe“, so die Forscher. Ihrer Ansicht lohnt sich dieser Ansatz damit – auch weil der Energieverbrauch der Anlagen gering ist und die dafür nötige Technik schon verfügbar.
Quelle: Helmholtz-Zentrum Hereon; Fachartikel: Environmental Science & Technology Letters, doi: 10.1021/acs.estlett.6c00081
Quelle:
www.wissenschaft.de
