Weltweit steigt der Ausstoß von Kohlendioxid trotz Energiewende, Solarstrom und Windkraft weiter an. Viele Staaten setzen auf erneuerbare Energien, weniger Verbrauch und effizientere Technik. Dennoch reicht das bisher nicht aus, um die Erderwärmung wirksam zu bremsen. Deshalb suchen Wissenschaft und Industrie zunehmend nach Wegen, bereits ausgestoßenes CO2 dauerhaft unschädlich zu machen.
CO2 neutralisieren mit Industrieabwässern aus Stahl und Zement
Genau hier setzt eine neue Studie des Helmholtz Zentrums Hereon an. Forschende haben gezeigt, dass alkalische Industrieabwässer aus der Stahl und Zementindustrie große Mengen Kohlendioxid langfristig chemisch binden können. Bisher werden diese Abwässer meist mit Säuren neutralisiert und anschließend in Flüsse eingeleitet. Das bisher ungenutzte Potenzial könnte künftig dabei helfen, weltweit jedes Jahr Millionen Tonnen CO2 zu neutralisieren.
Die Idee dahinter klingt zunächst überraschend, basiert aber auf einem einfachen chemischen Prinzip, das viele noch aus der Schule kennen. Wenn Kohlensäure auf eine alkalische Flüssigkeit trifft, entsteht Hydrogenkarbonat. Dadurch wird Kohlendioxid dauerhaft im Wasser gebunden und gelangt nicht zurück in die Atmosphäre.
Das Helmholtz Zentrum Hereon hat ein Verfahren untersucht, mit dem sich alkalische Industrieabwässer aus Stahl und Zementproduktion zur Bindung von CO2 nutzen lassen. Laut Studie könnten weltweit bis zu 30 Millionen Tonnen Kohlendioxid pro Jahr neutralisiert werden.
Warum das Thema CO2 neutralisieren immer wichtiger wird
Seit dem Pariser Klimaabkommen versuchen viele Länder, ihre Treibhausgasemissionen deutlich zu senken. Das Ziel lautet, die Erderwärmung möglichst auf 1,5 Grad zu begrenzen. Doch die Realität sieht anders aus. Der globale CO2 Ausstoß steigt weiter. Gründe dafür sind unter anderem:
- Hoher Energiebedarf in Industrie und Verkehr
- Wachsende Weltbevölkerung
- Steigende Nachfrage nach Stahl, Zement und Strom
- Zu langsamer Ausbau klimafreundlicher Technologien
Vor allem die Stahl und Zementindustrie gehören zu den größten Verursachern von CO2. Bei der Herstellung dieser Baustoffe entstehen jedes Jahr Milliarden Tonnen Treibhausgase. Gleichzeitig fallen in diesen Branchen große Mengen alkalischer Abwässer an. Genau daraus ergibt sich eine interessante Möglichkeit: Das Problem und die Lösung befinden sich im selben Industriezweig.
CO2 vermeiden reicht oft nicht mehr aus
Fachleute sprechen heute immer häufiger von sogenannten Negativemissionen. Damit sind Verfahren gemeint, die bereits vorhandenes Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen. Dazu gehören zum Beispiel:
- Aufforstung und Wiederbewaldung
- Direkte CO2 Filter aus der Luft
- Speicherung von Kohlendioxid im Boden
- Chemische Bindung durch Karbonate
Die neue Methode des Hereon Zentrums zählt zur letzten Kategorie. Sie ahmt einen natürlichen Prozess nach, der seit Millionen Jahren in der Natur stattfindet.
Die Methode benötigt kaum zusätzliche Energie, nutzt vorhandene Industrieanlagen und könnte schnell umgesetzt werden. Dadurch gehört sie zu den wenigen Klimaschutzmaßnahmen, die kurzfristig realistisch erscheinen.
Wie die chemische Bindung von CO2 funktioniert
Um zu verstehen, warum Industrieabwässer beim CO2 neutralisieren helfen können, lohnt sich ein kurzer Blick auf die Chemie.
Kohlendioxid löst sich im Wasser und bildet dort Kohlensäure. Trifft diese Kohlensäure auf eine alkalische Flüssigkeit, also eine Lauge, entsteht Hydrogenkarbonat. Dieses Hydrogenkarbonat bleibt im Wasser gelöst und bindet das CO2 langfristig.
Ein ähnlicher Vorgang findet auch in der Natur statt. Wenn kalkhaltige Gesteine verwittern, gelangen Karbonate in Flüsse und Meere. Dort reagieren sie mit Kohlensäure und binden Kohlendioxid. Ohne diesen natürlichen Mechanismus wäre deutlich mehr CO2 in der Atmosphäre vorhanden.
Ein Prinzip aus dem Chemieunterricht
Viele kennen die klassische Neutralisation aus der Schule. Eine Säure reagiert mit einer Lauge. Dabei entstehen neue, meist harmlose Stoffe. Das bekannteste Beispiel ist die Reaktion von Salzsäure mit Natronlauge, bei der Kochsalz entsteht.
Im neuen Verfahren läuft ein ähnlicher Prozess ab:
- CO2 wird im Wasser zu Kohlensäure
- Die Kohlensäure trifft auf alkalische Industrieabwässer
- Es entsteht Hydrogenkarbonat
- Das Kohlendioxid bleibt dauerhaft chemisch gebunden
Der große Vorteil: Die Industrieabwässer sind ohnehin vorhanden. Sie müssen nicht extra hergestellt oder transportiert werden.
Welche Industrieabwässer sich besonders eignen
Nicht jedes Abwasser eignet sich gleichermaßen zum CO2 neutralisieren. Besonders interessant sind stark alkalische Abwässer mit hohem pH Wert. Diese entstehen vor allem in:
- Stahlwerken
- Zementfabriken
- Metallverarbeitung
- Bestimmten chemischen Anlagen
In der Stahlindustrie entstehen solche Abwässer zum Beispiel bei der Kühlung, Reinigung oder Verarbeitung von Rohstoffen. In Zementwerken fallen sie unter anderem bei der Herstellung des Zementklinkers an.
Bisher werden diese Abwässer meist mit Schwefelsäure oder Salzsäure neutralisiert. Erst danach dürfen sie in Flüsse eingeleitet werden. Das bedeutet: Die Alkalität wird zerstört, obwohl sie eigentlich genutzt werden könnte, um Kohlendioxid zu binden.
Warum gerade Stahl und Zement wichtig sind
Stahl und Zement gehören zu den CO2 intensivsten Industrien überhaupt. Allein die Zementproduktion verursacht weltweit etwa acht Prozent der gesamten CO2 Emissionen. Die Stahlindustrie kommt auf weitere sieben bis acht Prozent.
Wenn gerade diese Branchen ihre eigenen Abwässer zur CO2 Bindung nutzen, ergibt sich ein doppelter Effekt:
- Die Industrie reduziert ihre Emissionen
- Bereits vorhandenes CO2 wird zusätzlich gebunden
Relevant ist das Verfahren vor allem für Industrieunternehmen, Umweltbehörden, Kommunen, Klimaforscher und politische Entscheidungsträger. Auch für Unternehmen mit Nachhaltigkeitszielen kann die Technik künftig interessant werden.
Wie viel CO2 sich tatsächlich neutralisieren lässt
Eine der wichtigsten Fragen lautet natürlich: Wie groß ist der tatsächliche Nutzen? Laut den Berechnungen des Hereon Zentrums könnten weltweit bis zu 30 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr gebunden werden, wenn alle geeigneten Industrieabwässer genutzt würden.
Das klingt zunächst nach einer riesigen Menge. Im Vergleich zum weltweiten Gesamtausstoß von mehr als 35 Milliarden Tonnen CO2 pro Jahr ist der Effekt zwar begrenzt. Dennoch kann die Methode einen wichtigen Beitrag leisten, weil sie:
- Schnell umsetzbar ist
- Kaum zusätzliche Energie benötigt
- Vorhandene Anlagen nutzt
- Relativ kostengünstig erscheint
Gerade im Klimaschutz gibt es nicht die eine große Lösung. Stattdessen braucht es viele verschiedene Maßnahmen, die zusammenwirken. Das Neutralisieren von CO2 mit Industrieabwässern könnte ein solcher Baustein sein.
Besonders interessant ist, dass die Massenbilanz genau berechnet werden kann. Anders als bei vielen anderen Klimaschutzmethoden lässt sich hier exakt bestimmen, wie viel CO2 tatsächlich gebunden wurde.
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Warum das Verfahren realistischer ist als andere Ideen
Schon länger diskutieren Forschende, CO2 durch Karbonate zu binden. Eine bekannte Idee besteht darin, Gesteinsmehl aus Bergen abzubauen und anschließend in Meere einzubringen. Dort sollen die enthaltenen Mineralien mit Kohlendioxid reagieren.
In der Praxis gibt es dabei jedoch viele Probleme:
- Das Gestein müsste aufwendig transportiert werden
- Die Logistik wäre teuer und energieintensiv
- Es ist unklar, wie schnell die Reaktion tatsächlich abläuft
- Das Material könnte absinken, bevor genug CO2 gebunden wird
Das Verfahren mit Industrieabwässern hat diese Nachteile kaum. Die gesamte Reaktion findet direkt am Standort der Fabrik statt. Es müssen keine zusätzlichen Rohstoffe transportiert werden. Außerdem existiert die notwendige Technik bereits.
Vorhandene Anlagen können genutzt werden
Ein entscheidender Vorteil liegt in der Infrastruktur. Stahl und Zementwerke verfügen bereits über Leitungen, Becken, Pumpen und Kontrollsysteme. Dadurch müssten Unternehmen keine komplett neuen Fabriken bauen.
Statt die Abwässer wie bisher mit Säure zu behandeln, könnten sie mit Kohlensäure oder direkt mit CO2 reagieren. Der Umbau wäre vergleichsweise überschaubar.
Genau deshalb gilt das Verfahren als besonders praxisnah. Viele andere CO2 Technologien befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Hier dagegen könnte der Einsatz relativ schnell beginnen.
Welche Vorteile das CO2 Neutralisieren mit Industrieabwässern bietet
Das Verfahren bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Vor allem die Kombination aus Einfachheit, Verfügbarkeit und geringerem Energiebedarf macht die Methode interessant.
Die wichtigsten Vorteile im Überblick
- Vorhandene Industrieabwässer werden sinnvoll genutzt
- Es entsteht kaum zusätzlicher Energieverbrauch
- Die Technik ist bereits verfügbar
- Die Menge des gebundenen CO2 lässt sich genau messen
- Die chemische Bindung gilt als langfristig und sicher
- Industrieunternehmen können ihre Klimabilanz verbessern
Ein weiterer Pluspunkt: Das im Wasser gebundene Hydrogenkarbonat ist stabil. Es verbleibt über lange Zeit im Wasserkreislauf und gelangt nicht sofort wieder als CO2 in die Atmosphäre.
Ein Stahlwerk mit stark alkalischen Abwässern könnte seine Neutralisationsanlage so umbauen, dass statt Salzsäure künftig Kohlendioxid eingesetzt wird. Dadurch würde der Betrieb nicht nur seine Abwässer behandeln, sondern gleichzeitig einen Teil seiner Emissionen binden.
Wo die Grenzen und Nachteile liegen
So vielversprechend die Methode auch ist, sie hat klare Grenzen. Sie wird allein nicht ausreichen, um die Klimakrise zu lösen.
Begrenzte Menge an verfügbaren Abwässern
Nur bestimmte Industrieabwässer eignen sich überhaupt für das Verfahren. Deshalb ist die maximal mögliche Menge an gebundenem CO2 begrenzt. Weltweit wären laut Studie rund 30 Millionen Tonnen pro Jahr möglich. Das ist hilfreich, aber nur ein kleiner Teil der globalen Emissionen.
Abhängigkeit von Industrieanlagen
Das Verfahren funktioniert nur dort, wo geeignete Abwässer anfallen. Regionen ohne Stahl oder Zementindustrie können davon kaum profitieren.
Technische Anpassungen notwendig
Auch wenn die Technik grundsätzlich vorhanden ist, müssen viele Anlagen umgebaut werden. Unternehmen müssten investieren und ihre Prozesse anpassen.
Langfristige Umweltfolgen müssen geprüft werden
Das gebundene Hydrogenkarbonat gelangt später in Flüsse und möglicherweise ins Meer. Nach aktuellem Kenntnisstand gilt das als unproblematisch. Dennoch müssen mögliche Auswirkungen auf Ökosysteme langfristig weiter untersucht werden.
Rechtliche Einordnung: Darf man CO2 gebundene Abwässer einfach einleiten?
Nein. Auch künftig gelten strenge Umweltvorschriften. Industrieabwässer dürfen nur eingeleitet werden, wenn sie bestimmte Grenzwerte einhalten. Besonders wichtig ist der pH Wert, also der Säuregrad des Wassers.
Die Forschenden betonen, dass ihr Verfahren die gesetzlichen Vorgaben berücksichtigt. Durch die Reaktion mit Kohlensäure passen sich die Abwässer automatisch stärker an die natürlichen Bedingungen im Fluss an. Dadurch könnte die Einleitung sogar umweltfreundlicher werden als bisher.
Dennoch wären vor einem breiten Einsatz umfangreiche Genehmigungen notwendig. Zuständig wären unter anderem:
- Wasserbehörden
- Umweltämter
- Landesbehörden für Immissionsschutz
- Gegebenenfalls europäische Umweltstellen
Welche Rolle die Politik spielt
Damit sich die Technik durchsetzt, braucht es klare politische Rahmenbedingungen. Denkbar wären:
- Förderprogramme für Unternehmen
- Steuerliche Vorteile
- Anrechnung auf Klimaziele
- Einheitliche Regeln für die Berechnung der CO2 Bindung
Ohne solche Vorgaben könnte es für viele Betriebe wirtschaftlich attraktiver bleiben, weiterhin mit klassischen Säuren zu arbeiten.
Welche Bedeutung die Studie für Deutschland hat
Deutschland gehört zu den wichtigsten Industrie und Exportstandorten Europas. Besonders in Nordrhein Westfalen, Niedersachsen, Bayern und Baden Württemberg gibt es zahlreiche Stahlwerke, Zementfabriken und Industrieanlagen.
Gerade für diese Regionen könnte das Verfahren interessant werden. Deutschland verfolgt ambitionierte Klimaziele und möchte bis 2045 klimaneutral werden. Dafür reichen erneuerbare Energien allein nicht aus. Es braucht zusätzliche Methoden, um unvermeidbare Emissionen zu kompensieren.
Industrieabwässer zur CO2 Bindung zu nutzen, könnte deshalb auch wirtschaftlich attraktiv sein. Unternehmen könnten ihre Emissionen senken, Kosten für CO2 Zertifikate reduzieren und gleichzeitig ihr Image verbessern.
Ein möglicher Vorteil für die Wettbewerbsfähigkeit
Industriebetriebe stehen zunehmend unter Druck, nachhaltiger zu arbeiten. Kunden, Investoren und Behörden achten immer stärker auf die Klimabilanz eines Unternehmens.
Wer früh auf neue Technologien setzt, könnte langfristig Vorteile haben:
- Bessere Position im Wettbewerb
- Geringere CO2 Kosten
- Mehr Akzeptanz bei Kunden und Politik
- Neue Chancen auf Fördergelder
Was medizinisch und gesellschaftlich nicht verwechselt werden sollte
Beim Begriff CO2 neutralisieren denken manche Menschen an Heilversprechen, technische Wunderlösungen oder angeblich klimaneutrale Produkte. Hier ist Vorsicht wichtig.
Die vorgestellte Methode ist keine sofortige Lösung gegen die Klimakrise. Sie ersetzt weder weniger Emissionen noch einen sparsameren Umgang mit Energie. Außerdem gibt es keine medizinische Wirkung für den Menschen. Es geht ausschließlich um chemische Prozesse zur Bindung von Kohlendioxid.
Medizinische Grenzen gibt es vor allem dort, wo falsche Hoffnungen geweckt werden. Auch wenn ein Unternehmen künftig einen Teil seines CO2 bindet, bleibt die Industrie weiterhin ein bedeutender Verursacher von Emissionen.
Deshalb sollte die Technik immer als Ergänzung verstanden werden, nicht als Freibrief für noch mehr Verbrauch.
Das Verfahren eignet sich besonders als zusätzlicher Baustein im Klimaschutz. Es ersetzt keine Energiewende, kann aber helfen, unvermeidbare Emissionen in der Industrie teilweise auszugleichen.
Fazit: CO2 neutralisieren könnte mit Industrieabwässern schneller gelingen
Die Studie des Helmholtz Zentrums Hereon zeigt, dass sich alkalische Industrieabwässer sinnvoll für den Klimaschutz nutzen lassen. Statt die Laugen wie bisher mit Säuren zu neutralisieren, könnten Stahl und Zementwerke künftig Kohlendioxid dauerhaft chemisch binden.
Das Verfahren ist vergleichsweise einfach, technisch bereits umsetzbar und benötigt wenig zusätzliche Energie. Weltweit könnten auf diese Weise bis zu 30 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr neutralisiert werden.
Natürlich gibt es Grenzen. Die verfügbare Menge an Industrieabwässern ist begrenzt, und die Technik allein wird die Klimakrise nicht lösen. Trotzdem bietet sie eine interessante, realistische und kurzfristig nutzbare Ergänzung zu anderen Klimaschutzmaßnahmen.
Gerade weil die nötigen Anlagen bereits vorhanden sind, könnte die Umsetzung schneller erfolgen als bei vielen anderen Ideen zur CO2 Speicherung. Für Industrie, Politik und Umweltforschung lohnt es sich deshalb, diesen Ansatz genauer zu verfolgen.
Kurz zusammengefasst
Industrieabwässer aus Stahl und Zementwerken können CO2 langfristig als Hydrogenkarbonat binden. Das Verfahren nutzt vorhandene Anlagen, benötigt wenig Energie und könnte weltweit jährlich bis zu 30 Millionen Tonnen Kohlendioxid neutralisieren. Es ist keine alleinige Lösung für den Klimawandel, aber ein sinnvoller zusätzlicher Beitrag.
Quelle / Infos / Pressemitteilung: https://idw-online.de/de/news868460 und https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.6c00081
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Autor und Bild: Chad Gregor Paul Thiele
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