Die internationale Schifffahrt macht 80 % des Welthandels aus und ist für etwa 3 % der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich, kann ihre Klimaziele jedoch derzeit nicht erreichen.
Vor einem Jahr verschärfte die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO), die Organisation der Vereinten Nationen zur Regulierung der Schifffahrt, die Emissionsziele für die Schifffahrtsindustrie und brachte sie damit in Einklang mit anderen Branchen, die bis 2050 Netto-Null-Emissionen anstreben. Aber emissionsarme Kraftstoffe mögen Methanol, Wasserstoff und Ammoniak stehen nicht schnell genug zur Verfügung.
Heute glaubt Jess Adkins, ein chemischer Ozeanograph am California Institute of Technology (Caltech), dass er helfen kann, indem er Frachtschiffe mit Reaktoren ausrüstet, die das bei der Kraftstoffverbrennung freigesetzte Kohlendioxid (CO2) in Meeressalze umwandeln können, von denen er glaubt, dass sie ihn behalten werden 100.000 Jahre lang weggesperrt.
Der Prozess ähnelt dem, was in den Ozeanen bereits natürlich abläuft. „Das ist eine Reaktion, die der Planet seit Milliarden von Jahren erlebt“, sagte Adkins, der Calcarea gründete, ein Startup, das Reaktoren entwickelt und testet.
„Wenn wir den Prozess beschleunigen könnten, hätten wir eine Chance, eine sichere und dauerhafte Möglichkeit zu finden, CO2 zu speichern. »
Natürlich, aber schneller
Meerwasser absorbiert auf natürliche Weise etwa ein Drittel des in die Atmosphäre abgegebenen CO2, wodurch das Wasser saurer wird und sich das im Meer reichlich vorhandene Kalziumkarbonat auflöst. „Kalziumkarbonat ist der Rohstoff für Korallenskelette, Muscheln und alles andere, was den größten Teil des Sediments auf dem Meeresboden ausmacht“, erklärt Adkins.
Das gelöste Calciumcarbonat reagiert dann mit CO2 im Wasser unter Bildung von Bicarbonatsalzen und bindet so das CO2. „Derzeit befinden sich bereits 38.000 Gigatonnen (38 Billionen Tonnen) Bikarbonat im Ozean“, fügte Adkins hinzu.
Calcarea möchte diesen natürlichen Prozess nachahmen, indem es die Abgase des Schiffes in einen Reaktor im Schiffsrumpf leitet, wo die Gase kräftig mit Meerwasser und Kalkstein vermischt werden, einer Gesteinsart, die hauptsächlich aus Karbonat-Kalzium besteht und ein häufiger Bestandteil von Beton ist. Das CO2 im Abgas reagiert mit der Mischung und erzeugt Salzwasser, das das CO2 in Form von Bikarbonatsalzen einfängt. Adkins sagt, dass er mit einem Großreaktor etwa die Hälfte der CO2-Emissionen eines Schiffes einfangen und speichern möchte.
In der Natur dauert die Reaktion mehr als 10.000 Jahre, sagte Adkins, aber in den Reaktoren von Calcarea dauert sie etwa eine Minute, sagte er. Möglich wird dies durch den engen Kontakt von CO2 und Kalkstein.
Das so entstehende Salzwasser wird einfach in den Ozean abgegeben, wo es laut Adkins keine Gefahr für Meereslebewesen oder das chemische Gleichgewicht des Meerwassers darstellt. Er fügte hinzu, dass das Unternehmen auch erwägt, dem System einen Vorfilter hinzuzufügen, um andere Schadstoffe aus den Abgasen zu entfernen, die sich mit dem Wasser vermischen könnten, wie etwa Feinstaub und unverbrannter Kraftstoff, sowie andere Verunreinigungen.
Nachdem er zwei Jahre lang an dem Projekt gearbeitet hatte, gründete er das Unternehmen im Januar 2023 am Caltech, wo er, wenn auch beurlaubt, immer noch Professor ist. Zu ihm gesellten sich drei Mitbegründer: die Caltech-Studentin Melissa Gutierrez, der Ingenieur Pierre Forin sowie der Professor und Geochemiker der University of Southern California (USC).
Sie sammelten 3,5 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln und konzentrierten sich auf die Schifffahrtsbranche. „Das Schöne ist, dass das Schiff eine natürliche Wasserpumpe ist“, sagte Adkins und bemerkte, dass das System eine ständige Bewegung des Wassers erfordert, damit die Reaktion zwischen den verschiedenen Elementen stattfinden kann, was auf natürliche Weise durch die Bewegung eines Schiffes erfolgt.
Bisher hat Calcarea zwei Reaktorprototypen gebaut, einen auf dem USC-Parkplatz und den anderen im Hafen von Los Angeles. Ende Mai gab das Unternehmen eine Partnerschaft mit der Forschungs- und Entwicklungsabteilung der internationalen Reederei Lomar bekannt. Adkins ist zuversichtlich, dass dies dazu führen wird, dass der erste Prototyp seines Reaktors in Originalgröße auf einem Schiff installiert wird.
Die Reaktoren werden an unterschiedliche Schiffsgrößen angepasst, darunter „das größte existierende“, die „Newcastlemax“-Klasse, die 180.000 Tonnen Fracht transportieren kann. „Auf einem von ihnen würden wir etwa 4-5 % der Tragfähigkeit verwenden und etwa 4.000 Tonnen Kalkstein befördern. Aber wir werden nicht alles davon nutzen“, sagte Herr Adkins.
Kohlenstoffabscheidung auf See
Bevor Calcarea bereit ist, seinen ersten Reaktor zu installieren, müssen noch einige technische Herausforderungen gelöst werden. Zum Beispiel, wie genau der Reaktor auf dem Schiff installiert werden soll und wie die Logistik für die Verladung des Kalksteins und die Einrichtung der Lieferkette für die Lieferung abläuft. Diese Schritte könnten langsam sein, warnt Adkins.
Die Kosten des Systems belaufen sich nach aktuellen Schätzungen auf etwa 100 US-Dollar pro Tonne CO2, die am Auspuff abgeschieden wird, einschließlich der Einnahmen, die dem Schiff durch die Schaffung von Platz für den Reaktor auf Kosten der kommerziellen Nutzung entgehen.
Einige Frachtschiffe sind bereits mit ähnlichen Geräten, sogenannten Scrubbern, ausgestattet. Sie sind darauf ausgelegt, Schwefelemissionen aufzufangen und abzuleiten, die schädlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt sind, nicht aber CO2. Nach Angaben der British Port Association waren sie im Juni 2023 in rund 5 % der weltweiten Handelsflotte installiert, obwohl Studien gezeigt haben, dass Abwässer aus Wäschern „extrem giftig für Wasserorganismen“ sein können. Die Reaktoren von Calcarea fangen im Rahmen ihres CO2-Entfernungsprozesses auch Schwefel ein.
unbekanntes Inhaltselement
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Es gibt auch eine Technologie zur Kohlenstoffabscheidung, die der von Calcarea näher kommt. Ein britisches Unternehmen, Seabound, stellt beispielsweise ein Gerät her, das zwischen 25 und 95 % der CO2-Emissionen eines Schiffes auffängt. Es fallen jedoch feste Karbonatkiesel an, die in einen Hafen entsorgt werden müssen.
Laut Daniel Sigman, einem Professor für geologische und geophysikalische Wissenschaften an der Princeton University, der nicht an Calcarea beteiligt ist, hat der Ansatz des Unternehmens viele Vorteile gegenüber ähnlichen Strategien, die derzeit umgesetzt werden. Erstens geht es darum, einen natürlichen Prozess zu beschleunigen, der ohnehin stattfinden würde. Da die Reaktion dann in einem künstlichen Reaktor an Bord des Schiffes stattfindet und nicht den gesamten CO2-Vorrat verbraucht, erhöht sie weder den Säuregehalt des Ozeans noch trägt sie zum Problem der Versauerung der Ozeane bei, was schädlich für das Leben im Meer ist.
Die Gründer von Calcarea seien Experten für den Kohlenstoffkreislauf der Ozeane, fügte er hinzu, was sie in eine ideale Position versetze, um die potenziellen Fallstricke der CO2-Entfernung zu vermeiden: „Viele andere Unternehmen, die die Alkalität der Ozeane verbessern wollen, verstehen den Kohlenstoffkreislauf auf allen relevanten Ebenen nicht.“ neigen daher dazu, ineffektive oder sogar kontraproduktive Ansätze zu verfolgen. »
Adkins glaubt, dass Calcarea der Industrie beim Übergang zu umweltfreundlicheren Brennstoffen bei der Dekarbonisierung helfen könnte und dass Reaktoren in fernerer Zukunft alternativ sogar den gesamten Platz auf Spezialschiffen einnehmen könnten, die das aus der Atmosphäre auf der Erde aufgefangene CO2 einfangen sollen um es unter der Erde zu lagern.
„Wir glauben, dass die Schiffe mit der unterirdischen CO2-Speicherung konkurrieren können“, sagte er. „Speziell entwickelte Schiffe, um CO2 und Kalkstein in einem Hafen zu sammeln, auf See zu fahren und einfach unsere Reaktion durchzuführen – das werden nur Maschinen sein, um Kohlenstoff in Form von Bikarbonat effizient und sicher im Meer zu speichern. »
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