Das „Warum“ und „Wie“ der Kohlenstoffabscheidungstechnologie für Gebäude

Eine scheinbar einzigartige Lösung zur Extraktion von Kohlendioxid aus Gebäudelüftungssystemen verspricht, dazu beizutragen, Netto-Null-Bauprojekte (und, wie behauptet wird, CO2-negative) Bauprojekte zu erreichen. Das von der finnischen Firma Soletair Power entwickelte Verfahren basiert auf der genauen Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO2, wie das Instrumentierungsunternehmen Vaisala erklärt.

Das neue System nutzt die Temperatur-Vakuum-Wechseladsorption (TVSA), um CO2 abzutrennen, bevor das Adsorptionsmittel durch „Schwingen“ in ein Vakuum regeneriert wird. TVSA von Soletair ist in der Lage, CO2 mit einer Reinheit von 99,9 % abzuscheiden, wobei die Regenerationstemperatur weniger als 100 °C beträgt.

Gebäude und Bauwesen sind für 37 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. Daher wurden ehrgeizige Ziele festgelegt, um diesen Wert sowohl beim Bau als auch beim Betrieb zu senken – das ultimative Ziel besteht darin, CO2-neutrale Gebäude zu erreichen. Hinzu kommt der Druck durch lokale und branchenspezifische Vorschriften sowie umfassendere, globale Anforderungen wie das Pariser Abkommen, das eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 50 % bis 2030 vorschreibt.

Das 2016 gegründete Unternehmen Soletair Power entdeckte das Potenzial einer Technologie zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen eines Gebäudes, indem es CO2 aus seinem Lüftungssystem auffängt und es beispielsweise bei der Herstellung von Kraftstoff oder Beton verwendet.

Warum CO2 aus Gebäuden abscheiden? „Die Abscheidung von CO2 aus der Luft eines Gebäudes, sei es aus der Einlass-, Auslass- oder Umluftluft, reduziert die gesamten CO2-Emissionen“, sagt CEO Petri Laakso. „Unser System sorgt außerdem für Kostensenkung, Mitarbeiterwohlbefinden und Nachhaltigkeitsvorteile. Wenn beispielsweise CO2-arme Luft in das Gebäude gelangt, können Sie die Lüftungsleistung reduzieren – was zu Einsparungen bei Heizung, Kühlung und Energie führt und die betrieblichen CO2-Emissionen weiter reduziert. Niedrigere CO2-Werte in Büros und Wohngebäuden tragen auch zu einer besseren Gesundheit, einem besseren Wohlbefinden und einer besseren Leistung der Mitarbeiter bei.

„Um CO2 einzufangen, muss die Luft bewegt werden und Lüftungssysteme erledigen diese Arbeit für uns, und die Luft in Gebäuden hat außerdem tendenziell eine Temperatur von etwa 20 °C, was die optimale Temperatur für unseren Prozess ist.“

Neben der Abscheidung von CO2 aus der Luft, die durch Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK) strömt, hat Soletair Power auch einen CO2-filtrierenden Innenluftreiniger für Besprechungsräume und kleinere Büroräume sowie ein CO2-Abscheidungssystem für den Außenbereich entwickelt. „Unser Außengerät ist dem HVAC-integrierten Gerät sehr ähnlich, verfügt jedoch über ein Gehäuse um das Gerät herum“, sagt Petri. „Wir haben eine solche Anlage in Duisburg, Deutschland, die im Freien installiert wird, um möglichst viel CO2 einzufangen. Das CO2 wird dann vom Unternehmen als Rohstoff für verschiedene industrielle Prozesse genutzt.“

Sind CO2-negative Gebäude möglich? Ein großer zusätzlicher Vorteil der Lösung von Soletair Power besteht darin, dass das abgeschiedene CO2 für andere Anwendungen, einschließlich der Betonproduktion, genutzt werden kann. „Bei Beton wird das abgeschiedene CO2 zur Herstellung von Kalziumkarbonat verwendet, sodass das Potenzial besteht, negative Emissionen zu erzielen, wenn das CO2 von der Atmosphäre ferngehalten wird. Auf diese Weise können wir Gebäudeeigentümern dabei helfen, während der gesamten Lebensdauer des Gebäudes Netto-Null-Emissionen zu erreichen, indem wir baubedingte und betriebliche Emissionen kompensieren“, sagt Petri. „CO2-negative Gebäude bieten außerdem erhebliche Kosteneinsparungen, sodass unsere Systeme innerhalb weniger Jahre eine Kapitalrendite erzielen können.“

Das Erreichen von Netto-Null ist jedoch keine leichte Aufgabe, und die Fähigkeit, dies zu erreichen, kann von verschiedenen lokalen Faktoren abhängen, einschließlich der Art und Weise, wie Strom und Wärme für das Gebäude erzeugt werden. „Um ein Gebäude zu einer Kohlenstoffsenke zu machen, muss der Strom erneuerbar sein und die Heizung muss aus einer Quelle stammen, die die Emissionen minimiert“, erklärt Petri.

Soletair Power arbeitet derzeit an mehreren Projekten zur Schaffung CO2-neutraler Gebäude. „Diese Projekte nutzen verschiedene fortschrittliche Maßnahmen, um die CO2-Emissionen während des Baus und Betriebs von Gebäuden zu reduzieren; In manchen Fällen ist unsere Lösung der letzte Schliff, der die Emissionen ins Negative kippt, und wir dürften in den kommenden Jahren einige spannende Ergebnisse vorweisen können“, erklärt Petri.

Umwandlung von abgeschiedenem CO2 in nachhaltigen Kraftstoff Im Herbst 2018 wandte sich Wärtsilä, ein Technologieunternehmen mit Schwerpunkt auf die Schifffahrts- und Energieindustrie, an Soletair Power, um das extrahierte CO2 zur Herstellung von Kraftstoffen zu nutzen, bevor es im April 2019 mit einer Startkapitalinvestition in das Projekt einstieg. Die Zusammenarbeit führte zu dem, was beschrieben wird das kompakteste Gerät der Welt, das Luft zur Kraftstofferzeugung nutzt. Die Power-to-X-Demonstrationseinheit, die im Finnland-Pavillon auf der Expo 2020 in Dubai gezeigt wurde, nutzte erneuerbaren Strom und CO2 aus der Umgebungsluft sowie Wasserstoff aus Wasser, um synthetisches Methan zu erzeugen, das dann zum Antrieb einer Kaffeemaschine verwendet wurde für Messegäste. Die Unternehmen haben auch an der Entwicklung einer integrierten HVAC-Einheit zusammengearbeitet, die CO2 aus der Einlassluft im Sustainable Technology Hub von Wärtsilä in Vaasa auffängt und dem Gebäude CO2-arme Luft zuführt.

Präzise Sensoren sind ein wichtiger Baustein Ziel des CO2-Abscheidungssystems ist es, den Energieverbrauch eines Gebäudes zu senken und gleichzeitig die Luftqualität im Inneren aufrechtzuerhalten. „Unser System hält den CO2-Gehalt im Gebäude niedrig, so dass die Lüftung bedarfsgesteuert auf sehr niedrigem Niveau betrieben werden kann. Wir müssen in der Lage sein, die CO2-Daten genau zu messen, um zu bestimmen, wie viel das System auffängt, und hier kommen die Sensoren von Vaisala ins Spiel. Unsere Technologie nutzt neben CO2-Sensoren auch Sensoren für Luftfeuchtigkeit und Temperatur an verschiedenen Stellen im Prozess.“

Soletair Power verwendet den Kanalfeuchtigkeits- und -temperatursender HMD60, die CARBOCAP®-Kohlendioxidsenderserie GMD20, den CARBOCAP®-Kohlendioxid-, Temperatur- und Feuchtigkeitssenderserie GMW90 und das tragbare CO2-Messgerät GM70 von Vaisala, um diese Messwerte zu erfassen.

Petri sagte, sie hätten aus Erfahrung gelernt, wie wichtig es sei, bei der Auswahl der Ausrüstung auf Qualität zu achten. „Früher haben wir billigere Sensoren von anderen Anbietern verwendet, aber wir stellten fest, dass die Langzeitstabilität der Ausrüstung mangelhaft war, was bedeutete, dass wir aufgrund der Alterung der Ausrüstung keine genauen Daten garantieren konnten.“

Auch zuverlässige Geräte sind wichtig, wenn es darum geht, Erkenntnisse aus Messdaten zu gewinnen: „Die Leistung unserer chemiebasierten Lösung wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, einschließlich der Umgebungsbedingungen. Wenn Sie also keine zuverlässigen Daten haben, ist es schwer zu beurteilen, warum sich diese Änderungen ergeben.“ sind aufgetreten."

Zu den Zukunftsplänen von Soletair Power gehört die Entwicklung der TVSA-Technologie, um die CO2-Abscheidungssysteme kompakter zu machen und die Nachhaltigkeit ihres Betriebs zu verbessern. „Wir gehen davon aus, dass wir unsere Zusammenarbeit mit Vaisala fortsetzen werden, und während wir unsere Lösung weiterentwickeln, werden wir wahrscheinlich die Unterstützung ihrer Experten bei der Auswahl der Sensoren und deren Kalibrierung benötigen, damit sie bei wechselnden atmosphärischen Bedingungen optimal funktionieren“, sagt Petri.