CO₂ Direct Air Capture (DAC)

Die Abscheidung von Kohlendioxid (Direct Air Capture, DAC) ist eine zentrale Technologie im Kampf gegen zunehmende CO₂-Konzentrationen und den Klimawandel. Auch für die Wasserstoffwirtschaft ist die Abscheidung von CO₂ aus der Atmosphäre von entscheidender Bedeutung, da wichtige grüne Wasserstoff-Trägermoleküle für den Transport Kohlenstoffquellen benötigen, die in für die grüne Wasserstoffproduktion günstigen Regionen mit niedrigen Stromkosten möglicherweise nicht leicht verfügbar sind. DAC ist daher ein wichtiger Schritt in der Prozesskette der Methanolsynthese und der anschließenden Weiterverarbeitung zu Dimethylether und nachhaltigen Luftfahrtkraftstoffen.

Durch den Einsatz von DAC in Verbindung mit Wasserstoff, der durch Elektrolyse aus erneuerbarem Strom gewonnen wird, können wir z. B. flüssiges Methanol synthetisieren, das mit der bestehenden Hafen- und Schifffahrtsinfrastruktur transportiert werden kann. Darüber hinaus ermöglichen CO₂-Abscheidungsmethoden die Erreichung negativer CO₂-Emissionen durch unterirdische Speicherung, ein Schlüsselelement auf dem Weg zur Erreichung des Netto-Null-Emissionszieles.

Unser Ansatz kombiniert geeignete Adsorptionsmaterialien mit optimalen Prozessbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, zusammen mit einem Rahmenwerk, das CO₂-arme Stromerzeugung, Wärmequellen und CO₂-Speicherung umfasst. Diese ganzheitliche Strategie zielt darauf ab, die Gesamteffizienz der CO₂-Nutzung bzw. -Reduktion zu erhöhen.

Wir bieten:

• Charakterisierung von CO₂-Adsorptionsmaterialien
• Experimentelle Bewertung von CO₂-DAC-Prozessen
• Entwicklung von DAC-Reaktoren und Prozessmodellen
• Bewertung der techno-ökonomischen und ökologischen Auswirkungen von DAC-Prozessen

Ihre Vorteile:

• Schnellere, risikoärmere DAC-Entwicklung: Sie profitieren von unseren End-to-End-Fähigkeiten, von der Materialcharakterisierung bis zur Entwicklung von Reaktor- und Prozessmodellen, was Zeitpläne verkürzt und Projektrisiken reduziert.
• Zuverlässige Daten und reproduzierbare Ergebnisse: Unsere fortschrittliche Ausstattung und kontrollierte Testbedingungen liefern verlässliche Daten für Entscheidungsprozesse.
• Skalierbare, einsatzbereite Lösungen: Mit unseren Reaktor-Design- und Fertigungskapazitäten helfen wir Ihnen, Ihre DAC-Technologie vom Labor- in den Praxiseinsatz zu übertragen .
• Pfade zur Kohlenstoffneutralität: Maßgeschneiderte technisch-ökonomische und ökologische Ergebnisse aus unseren Bewertungen identifizieren tragfähige Wege, DAC auf erneuerbare Energieerzeugung und die grüne Wasserstoffwirtschaft abzustimmen.

Unser MixSorb-Gerät verfügt über vielseitige Reaktoren in den Größen 10 ml und 100 ml, die unterschiedliche experimentelle Anforderungen abdecken. Durch kontrollierte Luftmassenströme und einen Einlass-Temperaturbereich von 15 bis 90 °C ermöglicht es eine detaillierte Bewertung der Sorptionsleistung durch Analyse der CO₂-Durchbruchskurve. Das Instrument kann Materialien auf bis zu 400 °C erhitzen, um die Leistung zu bewerten, und ermöglicht benutzerdefinierte Heizprofile. Die CO₂-Kapazität bei Temperaturwechselprozessen wird mittels Massenspektrometrie und FTIR-Analysen verifiziert. Mit einer Vakuumpumpe kann der Desorptionsprozess beschleunigt werden.

Mit einem Verdampfer und einer Wassersättigungsvorrichtung können die Luftfeuchtigkeit bzw. der Taupunkt eingestellt werden. Untersuchungen zu kinetischen Parametern von Adsorptionsmitteln können mit der Co-Adsorption verschiedener gasförmiger Spezies kombiniert werden. Am Fraunhofer ISE nutzen wir unsere Expertise aus Untersuchungen mit Zeolithen, Aktivkohle, Silikagelen und amin-basierten Materialien, um fundierte Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen zu liefern.

An evaporator and a water saturator enable the adjustment of the humidity, and the dew point respectively. Investigation of kinetic performance of adsorbents can be combined with of co-adsorption of different gaseous species. At Fraunhofer ISE, we leverage our expertise in zeolites, activated carbons, silica gels, and amine-based materials to deliver insightful research and development services.

Unsere Direct Air Capture-Testanlage zur automatisierte Prozessbewertung (DAC-TRAP) ist für Temperatur- und Vakuum-Swing-Prozessen konzipiert. Sie kann große Luftmassenströme von bis zu 120 kg/h, was ca. 1600 L/min entspricht definiert über die Einstellung des Taupunkts befeuchten. Das System kann mit mehreren, parallelen Reaktoren arbeiten was eine sequenzielle Abfolge von Adsorption und Desorption ermöglicht und kann für eine effiziente CO₂-Desorption Vakuum applizieren. Unser Fokus liegt darauf, die Prozesseffizienz durch das perfekte Timing und die Kombination der Prozessschritte zu verbessern. Außerdem wollen wir Strategien zur Optimierung und Integration von Trocknungsschritten in den DAC-Prozess erforschen.

Unser Ansatz nutzt Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulationen, um das Reaktordesign zu verbessern und deren Leistungsfähigkeit zu optimieren. Wir verwenden marktführende Simulationssoftware wie Aspen, MATLAB und Ansys, um die an der CO₂-Adsorption beteiligten Prozesse genau zu modellieren. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von kinetischen Modellen, Adsorptionsgleichgewichten und der Enthalpien, um das Verhalten verschiedener Adsorptionsmittel besser zu verstehen. Wir bestimmen die Sorptionsselektivität anhand von Labordaten, um Isothermenmodelle anzupassen, damit unsere Simulationen die reale Leistungsfähigkeit exakt widerspiegeln. Zusätzlich wenden wir sequenzielle Versuchsplanung an, die es uns ermöglicht, die Auswirkungen verschiedener Variablen auf den Adsorptionsprozess systematisch zu bewerten.