Neues Verfahren macht aus CO2 einen wichtigen Rohstoff

In einer ersten Projektphase hat das Forschungsteam eine Versuchsanlage im Containermaßstab aufgebaut, die jetzt in Betrieb gegangen ist. Diese erste Ausbaustufe kann jeden Tag knapp zwei Kilogramm CO₂ aus der Umgebungsluft entfernen und daraus 0,5 Kilogramm festen Kohlenstoff produzieren.

 In drei Schritten vom Treibhausgas zum Wertstoff

Das NECOC-Verfahren kombiniert laut einer Mitteilung des KIT drei Prozessschritte:

- Im ersten Schritt wird mithilfe eines Adsorbers das CO₂ aus der Umgebungsluft abgetrennt (Direct Air Capture).

- Im zweiten Schritt wird es in einem mikrostrukturierten Reaktor mit erneuerbar hergestelltem Wasserstoff aus einem angeschlossenen Elektrolyseur zur Reaktion gebracht. Die Bestandteile Kohlenstoff und Sauerstoff gehen dabei neue Bindungen ein, aus dem CO₂ wird nun Methan und Wasser. Das Wasser fließt zurück in den Elektrolyseur, das Methan mit seinem Kohlenstoffbestandteil fließt weiter in einen Reaktor mit flüssigem Zinn.

- Im dritten Verfahrensschritt kommt es dort in aufsteigenden Blasen zur Pyrolysereaktion, die Methanmoleküle werden aufgespalten. Dabei entsteht Wasserstoff, der wieder zur Auftrennung von CO₂ im Prozess verwendet wird. Übrig bleibt Kohlenstoff, der als mikrogranulares Pulver auf dem Zinn schwimmt und mechanisch kontinuierlich abgetrennt wird. Durch Änderung von Prozessparametern wie dem Temperaturniveau können dabei unterschiedliche Kohlenstoffmodifikationen wie Graphit, Carbon Black oder sogar Graphen hergestellt werden.

KIT / modus: medien + kommunikation gmbh

Optimieren und Skalieren für den industriellen Einsatz

Mit dem Start der Versuchsanlage hat das Projekt NECOC einen wichtigen Meilenstein und das Ende der ersten Förderphase erreicht. In einer zweiten Projektphase soll es für eine erweiterte Ausbaustufe skaliert und optimiert werden. „Wir wollen das Verfahren noch energieeffizienter machen, indem wir die Rückgewinnung von Prozesswärme verbessern“, sagt Projektleiter Dr. Leonid Stoppel vom ebenfalls beteiligten Karlsruher Flüssigmetalllabor Kalla. „Außerdem betrachten wir die Integration von Hochtemperatur-Wärmespeichern und die direkte Einbindung solarer Wärme.“ Weiterhin sollen die Einbindung von CO₂-Punktquellen, neuartige Ansätze zur Entnahme des CO₂ aus der Luft sowie der Einfluss von Spuren- und Begleitkomponenten aus dem Prozessverbund auf die Kohlenstoffqualität untersucht werden. (kw)

Zum Weiterlesen:

New process turns CO2 into an important raw material

12/13/2022 08:00 © Marcus Breig / KIT

Methane pyrolysis takes place in this plant. On a container scale, NEOC can produce 0.5 kilograms of solid carbon from 2 kilograms of CO2. The process is now to be scaled and made more efficient According to experts, the 1.5-degree target will hardly be achieved without filtering the greenhouse gas carbon dioxide out of the atmosphere and storing it permanently.

The NECOC (NEgative CarbOn dioxide to Carbon) research project has now succeeded in developing a process that combines negative emissions and the production of carbon for industry. "Carbon is required in industry for the production of batteries, in the paint industry, in the agricultural sector or in the manufacture of building materials," says NECOC coordinator Benjamin Dietrich from the Karlsruhe Institute of Technology (KIT). "So far, it has mostly come from fossil sources." Test facility on container scale The network partners KIT, Ineratec and Climeworks developed a process with which CO2 from the atmosphere can be processed into carbon. "If this then remains bound in the long term, we combine negative emissions with a component of the post-fossil raw material supply in the sense of a future carbon management strategy. This is a double contribution to a more sustainable future,” says Dietrich. In the first phase of the project, the research team set up a test facility on a container scale, which has now gone into operation.

This first expansion stage can remove almost two kilograms of CO2 from the ambient air every day and produce 0.5 kilograms of solid carbon from it. In three steps from greenhouse gas to resource According to a statement by KIT, the NECOC process combines three process steps: - In the first step, the CO2 is separated from the ambient air using an adsorber (direct air capture). - In the second step, it is reacted in a microstructured reactor with hydrogen produced from renewable sources from a connected electrolyser.

The components carbon and oxygen form new bonds, and the CO2 now becomes methane and water. The water flows back into the electrolyser, the methane with its carbon component continues to flow into a reactor with liquid tin. - In the third step of the process, the pyrolysis reaction takes place in rising bubbles, the methane molecules are split. This produces hydrogen, which is used again to separate CO2 in the process. What remains is carbon, which floats on the tin as a microgranular powder and is continuously separated mechanically. By changing process parameters such as the temperature level, different carbon modifications such as graphite, carbon black or even graphene can be produced. KIT / mode: media + communication gmbh Optimize and scale for industrial use With the start of the test facility, the NECOC project has reached an important milestone and the end of the first funding phase. In a second project phase, it is to be scaled and optimized for an expanded expansion stage.

"We want to make the process even more energy-efficient by improving the recovery of process heat," says project manager Dr. Leonid Stoppel from the Kalla Liquid Metal Laboratory in Karlsruhe, which is also involved. "We are also looking at the integration of high-temperature heat storage and the direct integration of solar heat." Furthermore, the integration of CO2 point sources, novel approaches to removing CO2 from the air and the influence of trace and accompanying components from the process network on the carbon quality are to be considered to be examined. (kw) For further reading: CO2 sinks: nature is better than high-tech – at least in the short term CCS and Co: How do we get CO2 out of the air?