CO2-Abtrennung aus Faulgasen: Zur Abtrennung von CO2 aus Faulgasen bieten sich mehrere Verfahren an, die technologisch bereits weitestgehend ausgereift und am Markt verfügbar sind. Die nachfolgend betrachteten Technologien wurden nach den Kriterien der benötigten hohen CO2-Qualität bzw. -Reinheit ausgewählt.

Die Druckwechseladsorption (DWA) setzt Aktivkohlen, Molekularsiebe sowie Kohlenstoffmolekularsiebe zur Gastrennung bzw. Gasaufbereitung ein und beruht auf einem unterschiedlichen Adsorptionsverhalten der Gasbestandteile gegenüber dem Adsorbens (die feste und stationäre Phase, auf der das Adsorptiv, d.h. die Gasbestandteile, gebunden werden). Die DWA gilt als technisch ausgereift und befindet sich bereits an vielen Standorten zur Biogasaufbereitung im Einsatz (TRL 9). Es entsteht ein Kohlendioxid mit einer Reinheit von etwa 87 – 99,9 %. Bei der Aminwäsche (TRL 9) handelt es sich um einen Absorptionsprozess, wobei die chemische Reaktion zwischen Gaskomponenten und Lösung die physikalische Absorption überlagert und nochmals mehr CO2 aufgenommen werden kann. Als Waschmittel dient eine Aminlösung. Es entsteht ein Kohlendioxid mit einer Reinheit von etwa 90 – 99,9 %. Membranverfahren sind vergleichsweise neu. Sie nutzen Diffusionsmembranen, welche die unterschiedliche Löslichkeit der Gaskomponenten in der Membran ausnutzen. Einige der Membrantechnologien befinden sich bereits in der Markteinführungsphase (TRL 6-8). Gegenüber den zuvor vorgestellten Verfahren zeichnet sich das Membranverfahren u. a. durch einen sehr einfachen technischen Aufbau und spezifisch geringe Investitionen aus. Demgegenüber stehen der hohe Stromeinsatz für die Druckerzeugung und ein vergleichsweiser hoher Methanschlupf (≤ 5 %) in die Abluft. Es entsteht ein Kohlendioxid mit einer Reinheit von etwa 75 %. CO2-Hybrid- Verfahren (TRL 5-9) führen mehrere der zuvor genannten Verfahren zusammen, um hierdurch die Effizienz zu erhöhen und Kosten einzusparen, denn gerade für kleine Biogasanlagen mit weniger als 1.000 m³/h sind DWA, DWW und Aminwäsche unwirtschaftlich. Im Fokus steht auch hier die Aufkonzentration von Methan bspw. auf Erdgasqualität zur Einspeisung in ein Erdgasnetz. Die Tieftemperaturrektifikation (TRL 9) (oder kryogene Gasaufbereitung) arbeitet wie die Luftzerlegung mit Verflüssigung des Rohgases und Ausfrieren von CO2 bei erhöhtem Druck. Durch das Verfahren entstehen sehr reine Produktgase, insbesondere Methan und CO2. Aufgrund des hohen Energieeinsatzes besitzt die Tieftemperaturrektifikation bisher keine Marktrelevanz. Es entsteht ein Kohlendioxid mit einer Reinheit von etwa 99,9 %. CO2-Abtrennung aus Umgebungsluft: Die CO2-Abtrennung aus der Umgebungsluft (Direct Air Capture, DAC) kann einerseits dazu eingesetzt werden, um CO2 für die Weiterverarbeitung in chemischen Prozessen bereitzustellen, andererseits um CO2- Emissionen aus der Luft zu filtern und nachfolgend einzulagern und so negative Emissionen zu erzielen. Die bisher verfolgten DAC-Ansätze lassen sich grundlegend in die drei nachfolgend dargestellten Technologiepfade unterteilen.

Absorption und Elektrodialyse (TRL 1-5) stellt einen Prozess dar, bei dem die Absorption des in der angesaugten Luft enthaltenen CO2 mithilfe einer Natriumhydroxidlösung (NaOH) erfolgt. Durch Versauerung der resultierenden Natriumcarbonatlösung (Na2CO3) mit Schwefelsäure (H2SO4) wird das CO2 in nahezu reiner Form wieder abgeschieden. Anschließend folgt die Wiederherstellung des NaOH und der Schwefelsäure über einen elektrochemisch getriebenen Membranprozess (Elektrodialyse). Das Verfahren hat einen Strombedarf von etwa 430 kJ/mol CO2 (2,72 MWhel/t CO2). Es wird keine zusätzliche thermische Energie benötigt. Beim Prozess der Absorption und Kalzinierung (TRL 1-5) erfolgt die Absorption des CO2 ähnlich wie im vorherigen Verfahren mithilfe von NaOH oder KOH als wässrige Lösung. Bei Verwendung von KOH wird das aus der CO2- Absorption resultierende wässrige K2CO3 in einem Pelletreaktor zu Calciumcarbonat (CaCO3) ausgefällt und per Kalzinierung in CO2 und Calziumoxid (CaO) zersetzt. Letzteres wird zu Calciumhydroxid (Ca(OH)2) hydratisiert und steht anschließend für einen erneuten Durchgang zur Verfügung. Bei diesem Verfahren werden für die Kalzinierung sehr hohe Temperaturen (> 850 °C) benötigt. Der resultierende Energiebedarf beträgt ca. 2,8 MWh/t CO2, wovon der überwiegende Teil als thermische Energie anfällt. Beim Prozess der Adsorption und Desorption (TRL 1-9) wird das CO2 zunächst via organischer Chemiesorption an einen Sorbent gebunden, welcher anschließend vor allem durch Wärme- (Temperature Swing) oder Feuchtigkeitszufuhr (Humidity Swing) regeneriert wird. Als Filtermaterial kann u. a. trockene Zellulose zum Einsatz kommen, an deren Oberfläche Aminverbindungen angelagert werden, oder ein Harz mit angelagerten Aminen. Je nach Verfahrensausgestaltung liefert Adsorption und Desorption CO2 mit einer Reinheit von bis zu 99,9 %. Im Vergleich zum vorherigen Verfahren fällt der spezifische thermische Energiebedarf deutlich geringer aus. Das CO2 kann entweder sequestriert oder in unterschiedlicher Weise weiter genutzt werden (z. B. Produktion von Pflanzendünger, aromatischer Kohlenwasserstoffe oder synthetischer Kraftstoffe).