CO₂-Staubsauger für die Atmosphäre

Wie realistisch sind DAC-Technologien für den Klimaschutz?

Große Ventilatoren saugen Luft an, Sorptionsmittel binden CO₂ – und am Ende verschwindet das Treibhausgas für Jahrtausende im Untergrund. Direct Air Capture klingt wie Science-Fiction, ist aber längst Realität. Erste Anlagen in Island zeigen, was technisch möglich ist. Doch reicht das, um die Klimaziele zu erreichen?

Klimaziele geraten ins Wanken – und einfache Lösungen gibt es nicht. Während die globalen Emissionen weiter steigen, rückt eine Idee zunehmend in den Fokus: CO₂ direkt wieder aus der Luft holen.

Der Klimawandel betrifft uns alle, doch die wenigsten sind bereit, sich für mehr Klimaschutz einzuschränken und auf gewohnte Annehmlichkeiten zu verzichten. Das ist nur allzu verständlich, schließlich wirken die Folgen oft weit entfernt von den eigenen Handlungen. So verwundert es wenig, dass die ehrgeizigen Klimaziele der Weltgemeinschaft im Rahmen des Pariser Klimaabkommens zunehmend unerreichbar scheinen.

Auf der Weltklimakonferenz (COP 21) im Jahr 2015 hatte man sich noch auf das 1,5-Grad-Ziel geeinigt, also die Erderwärmung in diesem Jahrhundert so weit einzudämmen, dass sie unterhalb der Marke von 1,5 °C im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter bleibt.

Die Realität sieht längst anders aus: 2024 lag die globale Temperatur erstmals ein ganzes Jahr über der 1,5-Grad-Grenze [1].

Doch noch ist die Hoffnung nicht verloren. Für das Best-Case-Szenario von maximal 1,5 °C Erderwärmung werden Emissionsminderungen allein allerdings nicht mehr genügen. „Pfade, die darauf abzielen, die Erwärmung bis 2100 – nach einer vorübergehenden Temperaturüberschreitung – auf 1,5 °C zu begrenzen, beruhen auf dem großflächigen Einsatz von Maßnahmen zur Entfernung von Kohlendioxid“, heißt es bereits im IPCC-Report von 2018 der internationalen Klimaschutzorganisation Intergovernmental Panel on Climate Change [2].

Das 1,5-Grad-Ziel ist ohne aktive CO₂-Entfernung kaum noch erreichbar. Als möglicher Notfallplan gegen die Erderwärmung gelten deshalb technische Verfahren, die CO₂ aktiv aus der Luft entfernen, sogenanntes Carbon Dioxide Removal (CDR).

Staubsauger für Treibhausgase

Das klingt zunächst nach Zukunftsutopie. Tatsächlich sind viele CDR-Ansätze aber gar nichts Neues, sondern seit Jahrzehnten gelebte Praxis. Zu den konventionellen Methoden zählen etwa forstwirtschaftliche Aktivitäten wie Aufforstung, Wiederherstellung von Feuchtgebieten oder Landnutzungsänderungen, die das Speichern von Kohlenstoff im Boden begünstigen.

So weit, so unzureichend. Die derzeitigen konventionellen Methoden reichen nicht aus, um den CO₂-Überschuss auszugleichen. Denn mit jenen etablierten Maßnahmen allein ließe sich der Überschuss an CO₂ nicht abfangen [3]. Der Bericht The State of Carbon Dioxide Removal schätzt, dass bis 2050 jährlich sieben bis neun Gt CO₂ entfernt werden müssen, um die Klimaziele des Pariser Abkommens noch zu erreichen. Die derzeitigen, konventionellen Methoden schaffen lediglich eine Entfernungsrate von rund zwei Gt CO₂ pro Jahr [3].

Hier kommen die neuen, technischen CDR-Methoden ins Spiel. Laut Bericht machen diese bislang lediglich 0,0013 Gt CO₂ pro Jahr aus – also einen verschwindend kleinen Anteil –, könnten jedoch rasch wachsen und einen wichtigen Beitrag liefern [3]. Beim technischen Carbon Dioxide Removal sind vor allem Ansätze des Direct Air Capture (DAC) verbreitet. Große Anlagen saugen Luft an und filtern CO₂ mithilfe sorptionsbasierter Materialien aus der Atmosphäre. Das können feste Systeme wie poröse Zeolithe oder metallorganische Gerüste sein oder flüssige Systeme, die CO₂ selektiv in einer Lösung binden, zum Beispiel in Monoethanolamin- oder Hydroxid-Lösungen.

Das Abscheidemedium wird schließlich regeneriert, etwa durch Wärme, wobei das CO₂ frei wird. Dann kann das angereicherte Gas gesammelt, komprimiert und weitertransportiert werden – entweder zur industriellen Nutzung als Industriegas oder Grundchemikalie oder zur permanenten Speicherung [4]. Letzteres wird als Direct Air Capture with Carbon Storage bezeichnet, kurz DACCS. Dabei fördern Pumpen das abgeschiedene CO₂ in geologische Formationen und speichern es zum Beispiel in tiefen Salzwasseraquiferen oder Basaltgestein. Dort bleibt es durch Mineralisierung über Tausende von Jahren dauerhaft gebunden [4]. Entscheidend ist: Das CO₂ wird hierdurch dauerhaft gespeichert.

Negativemissionen für den Klimaschutz

Beispiele für den Einsatz moderner DAC-Technik gibt es bereits einige. So betreibt das Unternehmen Climeworks im Geothermiepark Hellisheiði in Island die beiden Anlagen Orca und Mammoth, deren Entfernungsleistung sich auf 4000 Tonnen CO₂ pro Jahr (Orca) sowie bis zu 36 000 Tonnen CO₂ pro Jahr (Mammoth) beläuft. Zum Vergleich: Ein durchschnittliches 500-Megawatt-Kohlekraftwerk emittiert ungefähr 11 000 Tonnen CO₂ pro Tag [5]. Für den Ausgleich eines einzigen Kohlekraftwerks bräuchte es also über 100 DAC-Anlagen der Größe von Mammoth.

Die Climeworks-Anlagen verwenden ein festes Sorptionsmittel. Dort wird das CO₂ gebunden und aufkonzentriert, danach bei 100 °C desorbiert und schließlich durch natürliche Mineralisierung im Basaltgestein dauerhaft gespeichert.

Weitere große Anlagen sind zum Beispiel in den USA in Bau. In Texas errichtet das Unternehmen 1PointFive die bisher größte Anlage „Stratos“ für bis zu 500 000 Tonnen CO₂ pro Jahr, in Louisiana plant das US-Energieministerium gemeinsam mit den Partnern Battelle, Climeworks und Heirloom bis 2030 eine Kapazität von etwa einer Million Tonnen pro Jahr [4].

Verlockend in der Theorie, aufwendig und teuer in der Praxis

Ist also alles längst auf einem guten Weg Richtung 1,5-Grad-Ziel? Ganz so leicht ist es nicht. Obwohl die Technologie bereits vorhanden und im Einsatz ist, bleibt sie eine Notlösung im Wettlauf für die Emissionsbegrenzung.

Denn die Kosten für DAC sind derzeit noch beträchtlich. Derzeit liegen sie bei Climeworks bei über 860 Euro pro Tonne CO₂, während andere Anbieter wie Carbon Engineering Kosten von etwa 515 Euro pro Tonne CO₂ angeben [5, 6]. Prognosen gehen immerhin davon aus, dass die Kosten durch Skalierungseffekte und technologische Verbesserungen bis 2050 auf 200 bis 465 Euro pro Tonne CO₂ sinken könnten [6]. Das ist zwar noch immer deutlich mehr als der aktuelle CO₂-Preis im europäischen Emissionshandel von rund 70 Euro pro Tonne CO₂-Äquivalent – aber diese Werte können sich immerhin (mit entsprechenden politischen Maßnahmen) in den kommenden Jahrzehnten noch ändern [7]. DAC ist technisch möglich, derzeit aber noch energieintensiv und teuer.

Doch zurück zur Carbon-Capture-Technologie. Deren sinnvollster Einsatz ist momentan direkt in den Industrieparks verortet – quasi am Schornstein, wo die CO₂-Konzentrationen besonders hoch sind. Abgase mit CO₂-Konzentrationen von acht bis 14 Prozent eignen sich schlicht besser für die Adsorptionsverfahren als der minimale CO₂-Anteil in durchschnittlicher Umgebungsluft, der lediglich 0,04 Prozent beträgt.

Um bei derart geringen Konzentrationen effiziente Entfernungsraten zu erreichen, müssen enorme Luftmengen über die Sorptionsmittel geleitet werden – was einen hohen Energiebedarf für die Ventilationssysteme bedeutet. So verbraucht CO₂-Abscheidung aus Umgebungsluft 1,8- bis 3,6-mal mehr Energie als bei Anwendung der gleichen Verfahren auf Industrieabgase, wie ein Experte in einem Artikel von Springer Professional abschätzt [5].

Prognosen zeigen: Emissionsvermeidung bleibt entscheidend

Wie groß die Herausforderung tatsächlich ist, verdeutlicht ein Blick auf die Kapazitäten: Ende 2025 betrug die angestrebte jährliche CO₂-Entfernung laut einer Übersicht weltweit etwa 567 000 Tonnen CO₂ durch 84 DAC-Anlagen [8]. Dabei war allerdings die neue Mega-Anlage Stratos inkludiert, die allein 500 000 Tonnen CO₂ beisteuern soll, bislang aber noch nicht in Betrieb ist. Und selbst wenn alle geplanten Projekte realisiert würden, läge deren Gesamtkapazität bis 2032 wohl nur bei geschätzten 5,4 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr, bei etwa 114 Anlagen [8]. Also noch weit entfernt von den noch offenen Negativemissionen von jährlich fünf bis sieben Milliarden Tonnen CO₂, die bis 2050 benötigt wären. Selbst alle derzeit geplanten DAC-Anlagen würden nur einen Bruchteil der benötigten Negativemissionen erreichen.

Eine weitere Hürde ist der Energiebedarf der Anlagen. Dieser darf selbstverständlich nur mit erneuerbaren Energien gedeckt sein, damit netto nicht mehr Emissionen entstehen als Gase aus der Luft entfernt werden. Und der Bedarf ist gewaltig. Dies verdeutlicht eine Modellierung, bei der Wissenschaftler von einem „Weiter-so“-Szenario ausgehen (Delayed Mitigation Scenario), in dem die Menschheit die globalen Emissionen zu langsam senkt und stattdessen auf einen massiven Einsatz von DAC in der zweiten Jahrhunderthälfte setzt. In so einem Fall könnten DAC-Technologien bis zum Jahr 2100 laut den Expertenschätzungen bis zu einem Viertel der weltweiten Energieproduktion verschlingen – ungefähr 300 Exajoule [9]. Diese Menge entspricht dem weltweiten Angebot an Kohle und Erdgas im Jahr 2018 [5]. DAC-Technologien könnten langfristig enorme Mengen erneuerbarer Energie beanspruchen.

Fazit

Direct Air Capture ist kein Allheilmittel. Die maschinelle Entfernung von CO₂ bleibt also allenfalls eine Hilfstechnologie, um verzögerte Emissionsminderungen einigermaßen auszugleichen. Dies sieht auch Umwelttechnikerin Dr. Kimberly A. Gray von der amerikanischen Northwestern University so. Sie kommt in ihrem Kapitel des Buches Climate Geoengineering: Science, Law and Governance zu folgendem Fazit: „Beim derzeitigen Stand der Technik und unter den gegenwärtigen wirtschaftlichen Bedingungen könnte jedoch keines der Verfahren zur Entnahme von CO₂ aus der Luft allein oder in Kombination eingesetzt werden, um das Ziel einer Erwärmung um zwei Grad Celsius zu erreichen, ohne dass es zu untragbaren biophysikalischen oder wirtschaftlichen Auswirkungen käme.“ [5]

Langfristig könnte Direct Air Capture dennoch eine wichtige Rolle in einem breiten Portfolio an Klimaschutzmaßnahmen spielen – vorausgesetzt, die Technologie wird deutlich effizienter, kostengünstiger und vollständig mit erneuerbaren Energien betrieben. DAC kann perspektivisch ein Baustein des Klimaschutzes sein – aber kein Ersatz für Emissionsminderungen. Es bleibt aber auch mit negativen Emissionen durch DAC und andere Technologien ein Wettlauf gegen die Zeit – und ein Kampf um jede Tonne Treibhausgas, die gar nicht erst in die Atmosphäre gelangt oder ihr wieder entzogen wird. Die wirksamste Tonne CO₂ ist die, die gar nicht erst entsteht.

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Quellen:

[1] Umweltbundesamt (2024): Das 1,5-Grad-Ziel nach dem Übereinkommen von Paris. Was passiert, wenn wir 1,5 Grad überschreiten? Gibt es danach noch einen Weg zurück? Online verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/

[2] IPCC (2018): Special Report on Global Warming of 1.5°C. Intergovernmental Panel on Climate Change. Online verfügbar unter: https://www.ipcc.ch/sr15/

[3] NOAA (2024): Carbon Dioxide Removal: A NOAA State of Science Factsheet. National Oceanic and Atmospheric Administration. Online verfügbar unter: https://www.climate.gov/

[4] Senken.io (2024): Direct Air Capture – Technologie und Funktionsweise. Academy. Online verfügbar unter: https://www.senken.io/de/academy/direct-air-capture

[5] Springer Professional (2023): Diese Technologien filtern CO₂ aus der Luft. Online verfügbar unter: https://www.springerprofessional.de/

[6] Springer Professional (2023): CO₂-Filterung aus Luft teurer als bisher angenommen. Online verfügbar unter: https://www.springerprofessional.de/

[7] UBA (2025): Der Europäische Emissionshandel. Online verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/

[8] Allied Offsets (2025): The Current State of Direct Air Capture. Online verfügbar unter: https://blog.alliedoffsets.com/the-current-state-of-direct-air-capture

[9] Realmonte, G. et al. (2019): An inter-model assessment of the role of direct air capture in deep mitigation pathways. Nature Communications 10, 3277. DOI: 10.1038/s41467-019-10842-5.