Solid sorbents for direct air capture: a technological and environmental perspective

Autor*innen: Marian Rosental, Nils Rettenmaier

Die direkte Luftabscheidung (Direct Air Capture, DAC) ist eine Schlüsseltechnologie zur Erreichung der Netto-Null-Emissionen, doch ihre Skalierbarkeit wird durch den hohen Energieverbrauch und materielle Einschränkungen begrenzt. Diese Arbeit untersucht kritisch die aktuelle Landschaft der festen Sorptionsmittel für DAC und konzentriert sich dabei auf deren Leistung, Haltbarkeit und Umweltauswirkungen. Wichtige Sorptionsmittelklassen – amin-funktionalisierte Materialien, Karbonate, Zeolithe und metallorganische Gerüste – werden hinsichtlich CO₂-Aufnahme, Energiebedarf und Lebenszyklusemissionen bewertet. Es wird ein neuartiger Maßstab für die exergetische Effizienz eingeführt, der den Abbau des Sorptionsmittels einbezieht, um die Leistung unter realen Bedingungen besser widerzuspiegeln. Strukturierte Träger wie Laminate und Monolithen werden hinsichtlich ihrer Rolle bei der Verbesserung des Stofftransports und der Verringerung des Druckabfalls diskutiert, wenn auch oft bei erhöhten Kosten und Umweltbelastung. 

Ergebnisse der Lebenszyklusanalyse (LCA) zeigen, dass der Energieverbrauch den CO₂-Fußabdruck von DAC dominiert, wobei sorbentbezogene Auswirkungen nur bei kurzlebigen oder energieintensiven Materialien signifikant werden. Neue Materialien wie hydroxylierte Aktivkohle sowie alternative Verfahren wie die Feuchtigkeitsschwankungsadsorption und die elektrochemische DAC bieten vielversprechende Wege zur Senkung des Energiebedarfs und zur Verbesserung der Nachhaltigkeit. 

Die Arbeit unterstreicht die Notwendigkeit integrierter Bewertungen, die bereits in frühen Entwicklungsphasen die Eigenschaften von Sorptionsmitteln, die Prozessgestaltung und Umweltkennzahlen miteinander verknüpfen. Zukünftige Forschungsarbeiten sollten den Schwerpunkt auf die Langlebigkeit von Sorptionsmitteln, umfassende kinetische Daten und die Einbeziehung von Trägerstrukturen in Ökobilanzmodelle legen, um einen kosteneffizienten und klimapositiven Einsatz von DAC zu ermöglichen. 

Fachsprache des Artikels: Englisch