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Chemical Looping Combustion (CLC) -basierte Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung (BECCS)

Ein Kooperationsprojekt zwischen Arne Knöchel, Stefan Max Garzarolli und COBIOM  

Vorwort

Soll die Erderwärmung auf 1,5 Grad begrenzt werden, muss voraussichtlich CO2 aus der Atmosphäre entfernt werden, um unvermeidbare Emissionen aus Landwirtschaft und Industrie auszugleichen. Das zeigt der 2018 veröffentlichte Sonderbericht des Weltklimarats IPCC. Auch die Europäische Kommission rechnet damit, dass für das ausgerufene Ziel eines treibhausgasneutralen Europas bis 2050 „negative Emissionen“ erforderlich sind. Verschiedene Möglichkeiten, der Atmosphäre CO2 zu entziehen, sollten daher untersucht werden – unter anderem Bioenergie mit Kohlendioxid-Abscheidung und -Speicherung (BECCS). *(1)  

Was ist BECCS

Der Begriff Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung (engl. bioenergy with carbon capture and storage, daher abgekürzt BECCS) bezeichnet ein Verfahren der CO2-Abscheidung und -Speicherung, bei dem Biomasse in industriellen Prozessen verbrannt wird, um das dabei entstehende Kohlenstoffdioxid anschließend abzuscheiden und zu speichern. BECCS gilt im Rahmen der Klimakrise als theoretisch vielversprechendes Verfahren, dessen Anwendung zum Erreichen des Zwei-Grad-Ziels aus dem Übereinkommen von Paris beitragen soll. *(2)    

Was ist CLC

Chemical Looping Combustion (CLC) ist ein innovatives Konzept, das im Vergleich zu den traditionellen Ansätzen der CO2 -Abscheidung eine effizientere Methode mit deutlich besserem Wärmewirkungsgrad darstellt. *(3)    

Innovation

CLC stellt im Gegensatz zu traditionellen Ansätzen eine preisgünstigere und effektivere Methode der CO2 -Abscheidung dar. Mit dieser Technologie ist es möglich die Kosten pro abgeschiedene Tonne CO2 von derzeit 80-100 Euro auf schätzungsweise 30-40 Euro zu senken. *(4)    

Das Projekt 

In diesem Projekt geht es um die Realisierung eines technischen und methodischen Prototyps, zur Prüfung und Optimierung der Wirtschaftlichkeit von CLC-basiertem BECCS.   

Realisierung

Realisiert werden soll dieser Prototyp mithilfe der Nutzung von Borkenkäfer geschädigtem Totholz aus thüringischen Wäldern und der Nutzung einer bereits bestehenden, stillgelegten 32 MW CLC-Anlage namens GobiGas in Göteborg. Die Speicherung des CO2 soll zukünftig in Lagerstätten wie Porthos, Northern Lights, Aberdeen, Drax und Northgate et. al stattfinden Auf diese Art und Weise könnte in einer projekttypischen kurzen Zeit der Nachweis über die Wirtschaftlichkeit und Skalierbarkeit dieser Technologie erbracht werden.  

Project Schritte und Zeitplan

Konzeptphase

    1. Schaffung eines nachhaltigen Geschäftsmodells für CLC-basiertes BECCS
    2. Schaffung einer nachhaltigen Wertschöpfungskette für CLC-basiertes BECCS
    3. Schaffung einer nachhaltigen Lieferkette für CLC-basiertes BECCS
      1. Bewertung und Erprobung eines klimaneutralen CO2-Transports und anschließender Speicherung
        1. Bewertung möglicher Alternativen zur Speicherung unter der Erde wie CO2-Upcycling oder Nutzung
      2. Bewertung und Erprobung des klimaneutralen Transports und der anschließenden Lagerung von Biomasse
    4. Finanzierung für die Konzeptstudie erhalten
 

Das Ziel in Bezug auf die Wertschöpfungskette, die Versorgungskette und das Geschäftsmodell wäre es, sie zirkulär zu gestalten.

 

Evaluierung und POC-Phase (Proof of Concept)

    1. Wiederinbetriebnahme des CLC-Systems
    2. Testläufe mit verschiedenen Arten von Biomasse
    3. Testläufe der Anlage unter Last
    4. Test von CO2-Transport und -Speicherung
Realisation period 1.5 – 2.5 years  

Investitionskosten

Die Investitionskosten für die Realisierung dieses Projektes belaufen sich auf ca. 10 – 15 Mio. Euro abhängig von den Wiederinbetriebnahmekosten der CLC-Anlage und den Kosten für die CO2-Speicherung.  

Quellen 

 
  1. (Gernot Klepper, Daniela Thrän, Schriftenreihe Energiesysteme der Zukunft, Ausgabe Feb 2019)
  2. (Wikipedia, Definition von BECCS)
  3. (Akeem Olaleye, Meihong Wang, Computer Aided Chemical Engineering, 2014)
  4. (Stefan Max Garzarolli, Arne Knöchel mit Bezug auf Prof. Anders Lyngfelt)
  Englische Version: https://fabianf1.sg-host.com/bio-inspired-innovation-forward-looking-co2-negative-project-seeks-investors-who-want-to-significantly-improve-their-co2-foodprint/ Weitere Informationen zu bioinspirierten Innovationen: https://fabianf1.sg-host.com/biomimicry-innovationen-inspiriert-von-der-natur/
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Allgemein
Ein Interview von Stephan Grabmeier mit unseren Gründern Fabian und Paul vom 3.September 2020. Fest steht: Die Ressourcen des Planeten sind begrenzt. Wir sind auf dem besten Weg, unsere Lebensgrundlagen unumkehrbar zu zerstören. Glücklicherweise kommt seit einiger Zeit positive Bewegung in die Sache. Im Wortsinn. Mehr und mehr Menschen machen sich auf, suchen Sinn in ihrem Tun, übernehmen Verantwortung, werden Zukunftsentdecker, Neuesprobierer, Anstifter, Bessermacher. Künftiges, neues, besseres Wirtschaften spielt dabei eine entscheidende Rolle. Der holistische Blick auf Unternehmen, Wirtschaft und Gesellschaft bezieht die Natur als größten Hebel mit ein. Wir sind alle ein Teil der Natur, zu oft ist uns das nicht bewusst. Nur wenn wir verstehen, würdevoll mit unserem Planeten umzugehen, werden unsere Kinder und Enkel auch eine lebenswerte Zukunft haben. Das meiste aus der Natur habe ich von meinen Großeltern und von Menschen, die in und mit der Natur arbeiten, gelernt. Immer weniger spielt die Quelle an Erkenntnissen in der hoch industrialisierten und digitalen Welt eine Rolle. Ein blinder Fleck wie ich glaube – ein fehlender Zukunftsskill an dem wir arbeiten sollten – denn Biomimicry zeigt uns alles, was wir aus der Natur lernen können. Daher freue mich besonders auf Paul Hofmann und Fabian Feutlinske, die Gründer der Biomimicry Academy Germany und des Innovationsnetzwerks COBIOM sind. Mit beiden habe ich mich darüber unterhalten, was Biomimicry alles ist und bewirkt. Viel Spaß beim Lesen.  

Lernen aus der Natur. Innovationen, die nachhaltig, effizient und anpassungsfähig sind – Paul Hofmann und Fabian Feutlinske im Interview

  Stephan Grabmeier (SG): Zunächst zum Einstieg in kurzen Worten: Was genau ist Biomimicry? Paul Hofmann (PH): Biomimicry ist eine Innovationsmethodik, die ihre Inspiration zur Lösung menschlicher Herausforderungen und Probleme aus der Natur und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen gewinnt. Ziel dieser Methodik ist es, das reichhaltige Wissen der Biologie und Naturwissenschaften für menschliche Anwendungen greifbar zu machen. Dabei berufen wir uns auf den naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozess in Kombination mit der Innovationstechnik des Design Thinking, um nachhaltige Innovationen zu schaffen. Fabian Feutlinske (FF): Wir können sehr viel von der Natur lernen, denn sie hat 3,8 Milliarden Jahre experimentiert, um herauszufinden, was nachhaltig, effizient, resilient und gleichzeitig anpassungsfähig ist. Wenn wir davon lernen wollen, brauchen wir die Wissenschaften und das Ingenieurwesen ebenso wie soziale Innovation und Psychologie, Achtsamkeit, Offenheit und Agilität. All das ist in der Biomimicry-Methodik enthalten.   SG: Was ist Euer persönlicher Bezug dazu? PH: Als gelernter Biologielaborant und studierter Biotechniker habe ich mich schon immer für die Schnittstelle aus Design, Technologie und Biologie interessiert. Durch meine jahrelange Berufserfahrung in der Forschung konnte ich viel über biologische Organismen und Ökosysteme lernen. Als ich dann 2016 durch Arndt Pechstein, der selbst studierter Neurobiologe ist, mit der Welt der bioinspirierten Innovation in Berührung kam, war es für mich naheliegend, mich weiter mit diesem Thema zu beschäftigen. So habe ich letztendlich auch Fabian – meinen Co-Founder – kennengelernt. Das Interesse am Thema ist mittlerweile zu einer meiner Professionen geworden. Mit der Biomimicry Academy haben wir nun die Möglichkeit, diese wundervolle Methodik an andere weiterzugeben. FF: Mir ging es immer darum, zu verstehen, wie wir unser Leben und das Leben um uns herum besser gestalten können. Daher bin ich Naturwissenschaftler geworden und habe mich gleichzeitig mit Systemtheorie, Philosophie und den Kulturen der Welt beschäftigt. Mit Biomimicry habe ich ein Framework gefunden, welches all das vereint. Mein Freund und Mentor Arndt Pechstein hat mich dann ausgebildet und seitdem verfolge ich diesen Weg mit Begeisterung.  

Lernen von einem Erfahrungsschatz von 3,8 Milliarden Jahren Forschung und Entwicklung

  SG: Was ist Euer Wofür? Wozu beschäftigt Ihr Euch so intensiv damit? PH: Meine intrinsische Motivation ist, dass wir als Menschen ein Teil der Natur sind und daher im Einklang mit ihr leben und wirtschaften sollten. Eine nachhaltige, enkelfähige Wirtschaft kann nur im Zusammenspiel von Natur und der vom Menschen geschaffenen Wirtschaft stattfinden. Ich selbst bin Vater von zwei Kindern. Ich möchte ihnen gerne einen Planeten hinterlassen, auf dem sie ein erfülltes Leben führen können und sie weiterhin die Möglichkeit haben, die Wunder der Natur zu bestaunen. Wie Fabian schon erwähnt hat: Die Natur hatte 3,8 Milliarden Jahre Zeit für Forschung und Entwicklung, um die Organismen, die uns umgeben so effizient wie möglich zu gestalten – und dabei sind sie auch noch perfekt an die auf der Erde vorherrschenden Ökosysteme angepasst. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass alle bioinspirierten Innovationen in sich effizient und nachhaltig sind. FF: Mein innerer Antrieb hat mich schon immer dazu gebracht, Grenzen zu erweitern und augenscheinliche Widersprüche zusammen zu bringen. Zurückblickend ist es also ganz natürlich, dass ich ein Unternehmer geworden bin, der die Welt verbessern möchte. Biomimicry und die Methodiken, Programme und Projekte, die wir daraus entwickelt haben, sind ein Ausdruck meiner Seele. Sie bedeuten mir viel und geben mir Kraft. Das gilt ganz besonders, seitdem ich meine Tochter habe. Unsere Kinder verdienen eine lebenswerte Zukunft und müssen gleichzeitig lernen, anders zu denken und zu handeln als ihre Großeltern.  

Natur-inspirierte Schwarm-Innovationen

  SG: Lasst uns konkret werden. Welche Beispiele gibt es, die helfen, bessere Produkte oder Services durch die Inspiration der Natur zu machen?
Dr. Fabian Feutlinske
Dr. Fabian Feutlinske ist Co-Founder der Biomimicy Academy und der Schwarminnovationsplattform COBIOM. (Bild: © Fabian Feutlinske / COBIOM)
FF: Zuallererst sind da die klassischen Beispiele der Bionik: Lotus Paint, eine Wandfarbe, mit Abperl-Effekt, die Fassaden automatisch reinigt; Studien der Automobilindustrie mit Formen, die den Windwiderstand verringern; bewegliche Flugzeugtragflächen, die sich wie Vogelflügel den Luftbedingungen anpassen. Besonders beeindruckend ist die Nutzung von biologischen Phänomenen wie dem fraktalen Wachstum von Plasmodien, also Schleimpilzen, die ihre Fortbewegung und Struktur durch zufällige Variationen optimieren. Dieses evolutionäre Prinzip wird dann durch künstliche Intelligenz analysiert und simuliert, sodass der Algorithmus zehntausende Muster erschaffen kann. Leichtgewichtige, extrem stabile Strukturen für die Luftfahrt oder Bau-Industrie sind so entstanden. Das sind großartige Erfindungen. Es sind aber Einzellösungen, die es über die letzten 50 Jahre nicht geschafft haben, den Markt oder die Innovationsabteilungen zu übernehmen. Unsere Ansätze sind systemischer, wir arbeiten in Clustern von Expert*innen und Firmen und entwickeln Innovationen – von der Erfindung bis zum Business-Modell und Markt-Implementierung. PH: Ein weiteres Beispiel der bioinspirierten Innovation kann die Bio-Utilization sein: Dabei nutzt man biologische Organismen oder Systeme und ihre Eigenschaften, um eine spezifische Aufgabe für den Menschen zu erfüllen. Bei BECCS, also Biomasse-basierter CO2-Abscheidung und Speicherung, werden Pflanzen – zum Beispiel Bäume oder Algen – dazu genutzt, CO2 aus der Atmosphäre aufzunehmen und in Biomasse zu speichern. Wenn diese Biomasse dann zur Energiegewinnung genutzt wird, beispielsweise durch Verbrennung, und das Rauchgas etwa durch Katalysatoren auf Basis von Metallverbindungen vom CO2 befreit wird, so kann man dieses CO2 dann zum Beispiel in unterirdischen Lagerstätten einlagern. Damit kreiert man eine Form der Energiegewinnung, die sogar CO2-negativ ist. Zusammen mit Akteuren im BECCS-Feld bauen wir gerade einen Schwarm-Cluster auf, um die Technologie industriell zu skalieren. Bioinspiration wird aber nicht nur in der Entwicklung von Produkten, Technologien oder Dienstleistungen verwendet, sie kann auch im Zusammenhang mit Organisationsentwicklung genutzt werden. Für unsere Schwarm-Innovationsplattform COBIOM haben wir unsere Inspiration natürlich in der Natur gefunden. Als wir vor der Frage standen, wie eine größere Anzahl von Individuen in der Natur zielgerichtet zusammenarbeiten, sind wir auf die vielfältigen Mechanismen der Kommunikation in den Schwärmen von Insekten und Fischen gestoßen. Ein Faktor war hier besonders wichtig, um die Funktionsweise des Schwarms aufrecht zu erhalten, nämlich dass die Zusammenarbeit der Individuen belohnt wird. Das heißt, es entsteht ein Vorteil für das einzelne Individuum durch die Zusammenarbeit mit anderen Individuen aus dem Schwarm. keep reading
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