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.

KALTES PLASMA – GRÜNE CHEMIKALIEN

Wie enaDyne die chemische Industrie revolutioniert

Die Chemieindustrie hat ein Problem – sie ist vom Erdöl abhängig. Erdöl ist nicht nur endlich, sondern verursacht auch einen immensen CO₂-Fußabdruck. Alternativen müssen her.– der Verfahrenstechniker Christian Koch und der BWLer Philipp Hahn haben eine gefunden. Wir wollen fossile Prozesse durch einen elektrischen Prozess ersetzen, erklärt Hahn, CEO von enaDyne. Dabei geht es zum einen um Prozesse, die bisher mit fossiler Energie betrieben werden, zum anderen aber auch um chemische Prozesse, die fossile Ressourcen als Ausgangsmaterial benötigen.

Konkret arbeitet das Start-up an einer nichtthermischen Plasmakatalyse. Nichtthermische Plasmakatalyse bedeutet, dass wir die Energie für die Reaktion von Molekülen mit anderen Molekülen nicht durch Hitze und Druck zuführen, sondern stattdessen ein kaltes Plasma nutzen, erklärt Hahn.

Das Plasma erkennt man auch ohne Messgeräte, weil das Gas zu leuchten beginnt, CO₂ zum Beispiel leuchtet violett. - Philipp Hahn

Um dieses Plasma - also ein Plasma mit einer Temperatur zwischen 50 und 150 Grad Celsius - zu erzeugen, braucht man ein elektrisches Feld. Dieses baut enaDyne zwischen zwei keramischen Elektroden auf. Anschließend leitet das Unternehmen CO₂ und Methan in das elektrische Feld. Dort fliegen viele energiereiche Elektronen umher und kollidieren mit den trägen Gasmolekülen. Dabei geben sie ihre Energie an die Moleküle ab und ionisieren sie. Das Plasma erkennt man auch ohne Messgeräte, weil das Gas zu leuchten beginnt, erklärt Hahn. CO₂ zum Beispiel leuchtet violett.

Mit einem Festkörperkatalysator kann das Unternehmen das Plasma gezielt steuern, um die gewünschten Endprodukte herzustellen. Konkret stellen wir C1- bis C4-Kohlenwasserstoffe her, darunter Synthesegas, Methanol und Ethylen. Im Grunde decken wir damit das gesamte Spektrum der Basischemikalien ab, sagt Hahn stolz.

Eine weitere Möglichkeit der Plasmatechnik besteht darin, extrem klimaschädliche Gase unschädlich zu machen. Das ist besonders wichtig bei Gasen, die in kleinen Mengen vorkommen, aber tausendfach schädlicher sind als CO₂, erläutert Hahn. Durch die gezielte Spaltung der Moleküle kann verhindert werden, dass sie sich wieder zusammensetzen.

Der Prozess überzeugt außerdem durch seine Energieeffizienz. Hahn erklärt: Wir vergleichen das mit einem Hammer und einem Skalpell. Hitze und Druck, die normalerweise für eine Plasmakatalyse verwendet werden, seien wie ein großer Hammer im Vergleich zum kalten Plasma. Unser Ansatz mit den Elektronen gleicht mehr einem Skalpell. Wir können sehr genau kontrollieren, dass wir nur so viel Energie hinzufügen, wie notwendig ist und wir können den Prozess jederzeit an- und ausschalten.

Im Idealfall steht neben der Biogasanlage noch ein Windrad oder ein Solarpark, beschreibt Hahn die Zukunftsvision. Dann können wir unsere Container mit regenerativer Energie versorgen und tatsächlich komplett CO₂-negativ produzieren.

Derzeit forscht enaDyne noch im Labor. Wir haben unsere Technologie für Biogas validiert und arbeiten jetzt daran, den Durchfluss der Anlage zu erhöhen, sagt Hahn. 2026 sollen die ersten großen Piloten an einer Biogasanlage stehen. Mehrere Biogasanlagen und auch große Chemiekonzerne haben bereits Interesse an einer Zusammenarbeit bekundet.

Eine Person bedient präzise ein Gerät im Labor

Anstelle eines großen Reaktors setzt enaDyne auf ein dezentrales System. Wir wollen viele kleine Plasmareaktoren in einen Container packen, erklärt Hahn. Jeder Container soll mit 200 bis 250 Einzelreaktoren ausgestattet werden, die Produktion von Containern und Reaktoren serienmäßig erfolgen. Wir skalieren, wie man das von der Automobilindustrie kennt und nicht, wie man das von der chemischen Industrie gewohnt ist, sagt Hahn.

Eingesetzt werden sollen die Container vor allem neben Biogasanlagen. Denn das Gas von Biogasanlagen besteht sowohl aus Methan als auch aus CO₂. Für eine Verstromung wird normalerweise eine Gastrennung durchgeführt. Das Methan wird genutzt, während das CO₂ oft in die Atmosphäre emittiert wird. Wir können aber direkt mit dem Gasgemisch arbeiten. Das spart nicht nur einen Arbeitsschritt und ist fürs Klima besser, sondern eröffnet für die Biogasanlagen auch eine neue Umsatzquelle, sagt der Betriebswirtschaftler.

Für die Industrie ist enaDyne nicht nur aus Klimaschutzgründen interessant, sondern vor allem auch aus finanziellen Gründen. Denn das Unternehmen plant, mit seinen grünen Basischemikalien den herkömmlichen, aus Erdöl hergestellten Chemikalien preislich Konkurrenz zu machen. Kurzfristig wird uns das nicht gelingen, aber langfristig werden wir unsere Energiekosten weiter senken. Gleichzeitig wird die CO₂-Steuer den fossilen Herstellungsprozess teurer machen, erklärt Hahn. In zehn Jahren werden grüne Moleküle nicht mehr kosten als graue heute.

In die Welt der grünen Moleküle geriet Hahn durch Zufall. Als Berater half er dem späteren CTO Christian Koch bei Patentverhandlungen, doch Kochs Idee der nicht-thermischen Plasmakatalyse ließ ihn nicht mehr los. Ein paar Monate später rief er Koch erneut an und fragte: Kannst du mir das noch einmal erklären? Der BWLer hatte bereits Erfahrung mit der Gründung von Start-ups und erkannte schnell, dass in Kochs Forschung ein enormes Potenzial steckt: Wir glauben, dass die Technologie definitiv ein Quantensprung in diesem Bereich ist.