Ihre Challenge:
Carbon-to-Value

Hallo, Neudenker:innen! Wir brauchen Sprunginnovationen, um CO₂ aus der Atmosphäre zu entfernen. Nachhaltig. Skalierbar. Wirtschaftlich. Wir brauchen mutige Ideen. Wir brauchen Sie.

Die Menschheit hat seit der Industriellen Revolution gigantische Mengen Kohlenstoff in Form von Öl, Kohle oder Erdgas gefördert und verbrannt. Die dabei freigesetzten Treibhausgase verändern das Leben der Menschen weltweit in dramatischer Weise. Wetterextreme und ihre Auswirkungen wie Dürren, Überflutungen oder Waldbrände nehmen seit Jahren zu. Sie zerstören Existenzgrundlagen, bedrohen die Gesundheit und das Leben der Menschen. Die Weltgemeinschaft ist sich einig: Die globale Erwärmung muss auf unter zwei Grad Celsius gegenüber dem Niveau vor Beginn der Industrialisierung begrenzt werden. Deshalb haben Länder wie Deutschland Ziele und Schritte formuliert, wie sie Emission von Treibhausgasen in den nächsten Jahren und Jahrzehnten reduzieren wollen. Und in der Tat gibt es Fortschritte. Die Emissionen sinken – aber viel zu langsam.

Klima-Expert:innen sind sich einig: Die CO₂-Emissionen (weiter) zu reduzieren, reicht nicht. Wir müssen es schaffen, enorme Mengen Treibhausgase aus der Atmosphäre zu entfernen und so Emissionen der Vergangenheit rückgängig zu machen. Innovator:innen aus aller Welt haben bereits gezeigt, dass das technisch-methodisch möglich ist. Diese Methoden sind aber immens teuer, oft selber sehr energieintensiv und nur begrenzt skalierbar.

Wir haben deshalb Anfang 2022 zu dieser zukunftsrelevanten Challenge eingeladen – um im Kampf gegen den Klimawandel eine Lösung zu entwickeln, die CO₂ langfristig aus der Atmosphäre entfernt, skalierbar ist und in einem wirtschaftlichen Geschäftsmodell umgesetzt werden kann.

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Die Herausforderung: Große Mengen CO₂ langanhaltend der Atmosphäre entziehen und wirtschaftlich in Produkten binden.

Auf welchem Weg unsere Challenge-Teams dieses Ziel erreichen, auf welcher technologischen Grundlage das CO₂ der Atmosphäre entnommen wird, bestimmen sie selbst: ob via Direct Air Capture, Bioenergie mit CO₂-Abscheidung, Verarbeitung organischer Stoffe oder ähnliches. Sie demonstrieren, wie sie das CO₂ der Atmosphäre in Rohstoffe oder Produkte verwandeln, die den Kohlenstoff über Jahrzehnte binden; und wie ihre Lösung den gesamten Prozess von der CO₂-Abscheidung bis hin zum produzierten Rohstoff oder Produkt wirtschaftlich macht und zudem skalierbar ist.

Um den CO₂ Gehalt der Atmosphäre in der Zukunft zu stabilisieren und schließlich zu senken, braucht es Sprunginnovationen in unterschiedlichsten Gebieten. Sonst droht, dass wir unsere Klimaziele verfehlen. Die SPRIND Challenge bietet eine großartige Chance für einen Durchbruch.

Carlos Härtel, Chief Technology Officer, Climeworks

Wir unterstützen: Potentielle Sprunginnovationen

Uns ist klar: Teams, die an dieser Challenge teilnehmen, sind voll und ganz gefordert. Wir, die SPRIND, begleiten und fördern deshalb intensiv und individuell. Dazu gehört die finanzielle Unterstützung genauso wie eine individuelle Betreuung durch eine:n Challenge Coach:in, der:die einschlägige Erfahrung im Challenge-Bereich hat und selbst schon Innovationen mit hohem Impact umgesetzt hat.

Im ersten Jahr der Challenge finanziert die SPRIND die Arbeit der Teams mit bis zu 600.000 Euro. Im weiteren Verlauf der Challenge kann diese Finanzierung höher ausfallen. Damit sich die Teams voll und ganz auf ihre Innovationen konzentrieren können, finanzieren wir schnell und unbürokratisch. Am Ende der ersten Stufe der Challenge entscheidet die Jury auf der Grundlage von Zwischenevaluationen darüber, welche Teams weiter an der Challenge teilnehmen werden. Als Finalist:innen bekommen diese Teams die Gelegenheit, ihren Durchbruch umfassend zu demonstrieren.

Noch einen Schritt weiter gedacht: Ideen mit dem Potential für eine Sprunginnovation müssen in den Markt gebracht werden, um uns allen zugutezukommen. Deswegen unterstützt die SPRIND Projekte mit Sprunginnovationspotential auch nach Ende der Challenge weiter.

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Die Gewinner stehen fest

Nach monatelanger intensiver Zusammenarbeit und zahlreichen Experimenten wurden die drei Teams im September 2024 von der Expertenjury zu gemeinsamen Gewinnern der Carbon-to-Value Challenge erklärt. Jedes Team konnte bedeutende Fortschritte bei seiner einzigartigen Technologie zur Kohlenstoffbindung nachweisen. Obwohl die Ansätze unterschiedlich waren - von der Schaffung kohlenstoffnegativer Baumaterialien und Algenfarmen bis hin zur Umwandlung von CO₂ in Kohlenwasserstoffe - haben alle drei Teams Wege aufgezeigt, wie Klimalösungen sowohl technologisch als auch finanziell realisierbar werden können.

Die Teams

MACROCARBON

Die Mission von MacroCarbon: Möglichst viele Algen züchten und das von den Algen gespeicherte CO₂ wirtschaftlich für CO₂-negative Produkte nutzen. Auf Gran Canaria im Hafen von Las Palmas befindet sich die erste Aquafarm des Teams, auf der sie auf 2.000 Quadratmetern Algen züchten und die nächste ist bereits in Planung.

ENADYNE

enaDyne revolutioniert die chemische Industrie mit kaltem Plasma. Das Start-up arbeitet an einer nicht-thermischen Plasmakatalyse. Bei diesem Verfahren wird die Energie für die Reaktion von Molekülen nicht durch Hitze und Druck, sondern durch kaltes Plasma erzeugt.

Carbo Culture

Carbo Culture will so viel Kohlendioxid wie möglich dauerhaft speichern und wandelt dafür Biomasse in Biokohle um. Je nach Art des Abfalls hat die entsprechende Biokohle unterschiedliche Eigenschaften und kann zum Beispiel als klimafreundlicher Ersatzstoff in Beton verwendet werden.

Science-Youtuber Jacob Beautemps stellt bei Breaking Lab die fünf Teams der ersten Stufe der Challenge vor

Die Jury

Unsere Jury aus Wissenschaftler:innen, Science Entrepreneurs und Investor:innen hat die Teams ausgewählt, die das Zeug dazu haben, Sprunginnovationen umzusetzen.

Mark Hartney

Anne Lamp

Carlos Härtel

Henrik Pontzen

Richard Templer

FAQ

Haben Sie Fragen zur Challenge? Schreiben Sie uns unter challenge@sprind.org.

Eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid

Wie Carbo Culture mit Biokohle die Klimakrise bekämpfen will

Christopher Carstens macht sich gerne die Hände schmutzig. Er packt mit an und wenn er eine Idee hat, setzt er sie um. Er will etwas bewegen, er will Probleme lösen. Ich glaube, die Klimakrise ist eindeutig das größte Problem unserer Zeit, sagt Carstens, CTO von Carbo Culture. Seit mehr als 20 Jahren beschäftigt er sich deshalb mit der Frage, was man dagegen tun kann. Sein Ansatz: So viel Kohlendioxid wie möglich dauerhaft speichern.

Pflanzen und Bäume binden während ihres Wachstums Kohlendioxid. Doch wenn sie verrotten, gelangt es wieder in die Luft. Genau das will Carbo Culture verhindern, indem es Biomasse in Biokohle umwandelt. Biokohle ist eine extrem kohlenstoffreiche Version der ursprünglichen Biomasse. Man kann sich Biokohle ein bisschen wie verbrannten Toast vorstellen. Verkohlt, schwarz, aber irgendwie immer noch Toast.

Unser Biomaterial durchläuft unseren Carbolysis™ Prozess und das Endprodukt ist im Grunde eine Kohlenstoffkopie des ursprünglichen Materials. Selbst unter dem Elektronenmikroskop sieht man, dass zum Beispiel Holz immer noch wie Holz aussieht. Nur dass es jetzt purer Kohlenstoff ist, erklärt Carstens. Im Prinzip kann das Unternehmen fast jede Art von Biomasse in Biokohle umwandeln. Von landwirtschaftlichen Abfällen, wie Walnussschalen und Zuckerrüben, hin zu forstwirtschaftlichen Nebenströmen hat Carbon Culture schon verschiedenste Materialien getestet. Und je nach Art des Abfalls hat die entsprechende Biokohle unterschiedliche Eigenschaften: Teil unseres SPRIND-Projekts war es, herauszufinden, wie man Biokohle in Beton verwenden kann. Wenn wir den Zementanteil ersetzen wollen, eignen sich Kiefernpellets als Ausgangsmaterial am besten. Und wenn wir den Sandanteil in der Betonmischung ersetzen wollen, verwenden wir Walnussschalen, sagt Carstens.

Der Einsatz von Biokohle als Ersatzstoff in Beton hat ein enormes Potential: Die Stabilität des Betons bleibt erhalten, aber statt des normalerweise erheblichen CO₂-Fußabdrucks wird der Beton kohlenstoffneutral. Zusätzlich konnte Carbo Culture die Eigenschaften des Betons verbessern: Wir haben festgestellt, dass unser Material elektrisch leitfähig ist. Das heißt, wir können die Zementplatte zu einem großen Widerstand machen, Strom hindurchleiten und sie so erhitzen.

Eine mögliche Anwendung: Statt Straßen mit Salz zu streuen, könnten sie künftig gezielt erwärmt werden, um Unfällen durch Glatteis vorzubeugen.

Wir können nicht nur den ausgehärteten Beton erwärmen, sondern auch die Aushärtung des Betons insgesamt beschleunigen, sagt der 44-Jährige und erklärt: Im Winter ist es in Europa aufgrund der Kälte schwierig, Beton zu gießen. Wir können jedoch Strom in den nassen Beton einspeisen, so dass der Beton sehr schnell aushärtet und es keine Frostschäden gibt. Damit wird es einfacher, das ganze Jahr über zu bauen.

Doch die Einsatzmöglichkeiten von Biokohle beschränken sich nicht nur auf Beton. Carstens und sein fast 40-köpfiges Team konzentrieren sich auf ganz verschiedene Bereiche: In der Landwirtschaft könnte Biokohle Torf in Kultursubstratmischungen ersetzen. Für die Stahlindustrie ist es ein möglicher Ersatz für Petrolkoks und auch für die Wasseraufbereitung ist Biokohle interessant. Denn Biokohle kann wie ein Filter verwendet werden, um Schwermetalle und Arzneimittel aus dem Wasser zu entfernen. Und dann gibt es noch eine Reihe anderer industrieller Anwendungen, die wir in Betracht ziehen: Wir haben herausgefunden, dass wir mit Biokohle Ruß, synthetisches Graphit und einige andere industrielle Kohlenstoffmaterialien ersetzen können, die in Batterien und Kondensatoren verwendet werden, gibt Carstens einen Ausblick.

Der Hauptfokus bleibt jedoch auf der Biokohle: Mein Ziel ist es, 99 Prozent des in der Biomasse enthaltenen Kohlenstoffs zu erfassen und nicht nur 50 Prozent, wie wir es jetzt tun. Denn Carbo Culture hat sich ehrgeizige Ziele gesteckt: Eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid will es aus der Atmosphäre entfernen. Es gibt viele Unternehmen, die darüber reden, wie man Kohlendioxid aus der Atmosphäre ziehen kann. Bei Carbo Culture glauben wir grundsätzlich, dass die Natur bereits die beste Lösung gefunden hat, sagt Carstens. Auf dem Gebiet der Biokohle hat sich in den letzten drei Jahren immer mehr herauskristallisiert, wie dauerhaft dieser Kohlenstoff ist. Aufgrund unseres Herstellungsprozesses, ist unser Material die stabilste Biokohle, die hergestellt wird. Mehr als 99 Prozent des Materials halten mehr als 1.000 Jahre.

Carbo Culture arbeitet derzeit an der ersten kommerziellen Anlage und plant, bis 2026 mehrere Anlagen im Rahmen eines Projektplattformmodells zu errichten. Dass sich der Tüftler gemeinsam mit seiner Co-Gründerin Henrietta Moon und seinem internationalen Team ganz aufs Problemlösen konzentrieren konnte, verdankt er der SPRIND.

Doch wie genau entsteht die Biokohle? Im Prinzip verbrennen wir einen kleinen Teil unserer Biomasse im Reaktor, um genügend Wärme zu erzeugen, um zum Beispiel Holzreste in Kohlenstoff umzuwandeln, erklärt der Maschinenbauingenieur. Bei rund 800 Grad Celsius verbleibt die Hälfte des Kohlenstoffs in der entstehenden Biokohle, während die andere Hälfte in ein energiereiches, biogenes Synthesegas umgewandelt wird. Dieses Synthesegas verbrennen wir entweder zur Energiegewinnung oder nutzen es als Ausgangsstoff für andere Prozesse, sagt Carstens und ergänzt: In Zukunft wollen wir nach weiteren Möglichkeiten suchen, um unseren Gasmix zu verbessern und ihn so kohlenstoffeffizient wie möglich zu machen.

Ich liebe die SPRIND dafür, dass sie Ingenieure und Problemlöser einfach arbeiten lässt. Durch die Finanzierung der SPRIND kann man sich aufs Wesentliche konzentrieren, ohne sich ablenken zu lassen. Nur so lassen sich Probleme lösen. - Christopher Carstens