BioFizz: CO₂-Abscheidung neu gedacht – Temperaturwechsel-adsorption (TSA) als Schlüssel für klimaneutrale Lebensmittelproduktion

CO₂ gilt als Haupttreiber des Klimawandels – doch es kann auch zur Ressource werden. Das Forschungsprojekt BioFizz untersucht die techno-ökonomische Machbarkeit der Temperaturwechseladsorption zur Abscheidung und Nutzung von CO₂ in der Lebensmittelindustrie. Damit soll ein Beitrag zur Kreislaufwirtschaft und zur klimaneutralen Industrieproduktion geleistet werden.

Fakten

Projektstart: Juli 2025
Dauer: 10 Monate
Ziel: Sondierung der techno-ökonomischen Machbarkeit einer Branchenlösung (Lebensmittelindustrie) zur Abscheidung und Nutzung von CO₂ auf Grundlage der TSA-Technologie. Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds und des Bundesministerium für Innovation, Mobilität und Infrastruktur gefördert und im Rahmen des Energieforschungsprogramms 2025 durchgeführt.

Die Herausforderung

Der natürliche Kohlenstoffkreislauf, bei dem ein Ausgleich von CO₂-Quellen und CO₂-Senken (Speichern) stattfindet, wird durch den menschlich verursachten Kohlendioxid-Ausstoß aus dem Gleichgewicht gebracht. Durch dieses Ungleichgewicht steigt der atmosphärische CO₂-Gehalt. Als Treibhausgas bewirkt CO₂ indirekt einen Anstieg der irdischen Temperatur, indem die vom Boden reflektierte Wärmestrahlung der Atmosphäre nicht mehr ausreichend entweichen kann. Der CO₂-Überschuss entsteht vor allem bei der thermischen Umwandlung (Verbrennung) fossiler, sowie biogener organischer Brennstoffe, aber auch bei biotechnologischen Prozessen, wie bei der Bio-Ethanol Produktion.
Energieanlagen, die Wärme und elektrische Energie bereitstellen, werden aber weiterhin benötigt. CO₂-Abscheidetechnologien stellen daher laut Intergovernmental Panel of Climate Change (IPPC) ein unverzichtbares Element im Kampf gegen den Klimawandel dar.

Eine Möglichkeit der CO₂-Abscheidung stellen Post-Combustion-Technologien dar. Die am weitesten entwickelte und auch bereits industriell einsetzbare Technologie ist hier die Aminwäsche. Nachteilig erweist sich bei dieser Technologie der hohe energetische Aufwand sowie das Handling der Chemikalien. Als alternative Lösung wird die Temperaturwechseladsorption (TSA) gesehen, deren Einsatz in diesem Projekt näher beleuchtet wird. Sie wurde ursprünglich im Zuge des ViennaGreenCO₂-Projekts an der TU Wien in Kooperation mit Shell entwickelt.

Was passiert mit dem abgeschiedenen CO₂?

Im FFG-geförderten Forschungsprojekt „BioFizz“ wird sondiert, inwiefern sich der Einsatz der Technologie Temperaturwechseladsorption (TSA) als Carbon Capture (CC) Methode in Verbindung mit Biomasse-Energieanlagen eignet. Ein geeigneter Einsatzbereich scheint die Lebensmittelindustrie zu sein, wo ein hoher Energiebedarf besteht und CO₂ für die direkte Nutzung in verschiedenen Prozessen benötigt wird. In vielen Fällen ist bereits Energiebereitstellung mit Biomasse am Standort vorhanden.
CO₂ kann dann nicht nur als Emission oder unerwünschtes Nebenprodukt im thermischen Umwandlungsprozess gesehen werden, sondern in abgeschiedener Form auch als Produkt in der Wertschöpfungskette in der Lebensmittelindustrie betrachtet werden. Die folgende Abbildung zeigt dieses Konzept im Überblick.

Ziel: Durch Carbon Capture soll möglichst wenig CO₂ direkt in die Atmosphäre gelangen, hier am Beispiel einer biogen befeuerten Anlage inkl. der Nutzung (Utilization) von CO₂ => Konzept „BECCU – Bio Energie Carbon Capture and Utilization“

Im Sinne der Kreislaufwirtschaft sowie nach den ökologischen und ökonomischen Prinzipien der Nachhaltigkeit wird CO₂ aus dem Rauchgas des Biomasseheizwerks abgeschieden, zwischengespeichert und dann im Produktionsprozess der Industrie eingesetzt oder an einen geografisch nahen Nutzer weitergegeben. Auf diese Weise kann nicht nur der Kauf von fossil erzeugtem CO₂, sondern auch der lange Transport und dessen ökologischer Fußabdruck vermieden werden. Dieses Prinzip kann neben der direkten Herstellung von Lebensmitteln und Getränken zum Beispiel auch zur Düngung von Gewächshäusern genutzt werden. Auch die geologische Sequestrierung, d.h. die langfristige Einlagerung des CO₂, kann in sinnvoller Form ermöglicht werden.

Warum die Temperaturwechseladsorption (TSA) als Technologie?

Der Technologiereifegrad der TSA-Technologie als CC-Methode liegt aktuell bei TRL5. Die Technologie ist bisher nur als Laboranlage bzw. im Pilotmaßstab umgesetzt. Die zu erwartenden Haupt-Vorteile der TSA gegenüber der bereits in Umsetzung befindlichen Aminwäsche sind aus aktueller Sicht in zwei Bereichen zu erwarten:

• Deutlich niedrigerer Energiebedarf – der Energiebedarf ist um 1/3 geringer da der Schritt der Verflüssigung zum Erreichen der erforderlichen Reinheit nicht erforderlich sein wird.
• Deutlich vereinfachtes Handling – bei TSA handelt es sich NICHT um eine „Chemieanlage“, sondern um eine Trockensorption, welche einfaches Handling in Form einer eleganten verfahrenstechnischen Lösung verspricht. Das Sorbens bietet außerdem den Vorteil, dass es ungefährlich im Kontakt mit Lebensmitteln ist.

Methoden

Die Methoden zur Erreichung dieses Ziels lassen sich in zwei große Bereiche unterteilen: zum einen die Weiterentwicklung der Technologie und zum anderen die Bedarfsanalyse der relevanten Sektoren.

Technologieentwicklung

In diesem Projekt wird eine Machbarkeitsstudie durchgeführt, um den Stand der Technik weiterzuentwickeln und zu zeigen, dass es einen Markt für diesen speziellen Anwendungsfall gibt. Dazu werden zwei Methoden angewendet. Zum Einen wird ein Modell mit der IPSEpro-Software entwickelt. Zum Anderen hat einer der Partner in einem Vorprojekt eine TSA-Pilotanlage gebaut, die nun für Testläufe und die Weiterentwicklung des Reinheitsgrades des Produkts genutzt wird.

Fakten zur Versuchsanlage:

• CO₂-Produktreinheit (Jänner 2026): 95 Vol-%
• CO₂-Abscheiderate: > 90%
• CO₂-Abscheidekapazität: 200 kg/d

Bedarfsanalyse

Bei der Bewertung der Implementierung neuer Technologien müssen nicht nur die Funktionalität, sondern auch die Anforderungen der Industrie berücksichtigt werden. Durch die Organisation von Workshops und einer Umfrage unter relevanten Vertretern der Industrie werden die Anforderungen des Marktes analysiert.

Für jeden der drei Workshops wird ein Thema vorbereitet. Key Notes und eine moderierte Diskussion führen zur Datenerhebung für die Anforderungen der Industrie.

Fokus der Workshops und Umfrage:

• Welche Bedarfe bestehen in der Industrie?
• Welche technischen, rechtlichen und organisatorischen Anforderungen bestehen bei der Implementierung einer neuen TSA-Anlage in eine bestehende Anlage?
• Was sind die genauen Anforderungen an das Produkt?

Bisherige Ergebnisse (Jänner 2026)

Technologie

• Laut IPSE-Modellierung besteht ein niedrigerer Energiebedarf der TSA im Vergleich zur Aminwäsche. Der ermittelte Energiebedarf ist im unten abgebildeten Sankey Diagramm dargestellt.
• Stabile Betriebsbedingungen konnten bei der Pilotanlage erreicht werden und ein stetiger Anstieg in der Produktreinheit konnte bei den Versuchen erreicht werden.
• Eine Degradation des Sorbents bei höheren Temperaturen unter dem Einfluss von Sauerstoff wurde festgestellt. Eine Abdichtung ist erforderlich.

BOKU: Ermittelter Energiebedarf laut IPSEpro Modellierung der BOKU im Sankey Diagramm

Industriebedarf

Als wesentliche Anforderungen wurden folgende identifiziert

• Eine konstante Versorgung mit CO₂ ist erforderlich. Diese bedingt die Prozessstabilität auf der Seite der Lebensmittelproduktion.
• Eine hohe Produktreinheit (laut EIGA-Standard) ist Voraussetzung für die Anwendung in der Lebensmittelproduktion.
• Niedrige CAPEX/ OPEX sind erforderlich, um wirtschaftlich mithalten zu können. Dabei wurden die Einkaufskosten von fossilem CO₂ als Vergleich herangezogen, welche standortabhängig variieren.
  Zielkosten: <100 – 160 Euro/ t CO₂

Ausblick

Das Sondierungsprojekt läuft noch bis Ende April 2025. Bis dahin arbeiten wir weiter an der Validierung des Marktes für die TSA-Technologie. Weiter arbeiten wir aktiv an einer Lösung für die Degradation des Sorbens und der Möglichkeit von Versuchen mit der Laboranlage mit echtem Rauchgas.

Bei vorhandenen rechtlichen Voraussetzungen kann das CO₂ auch geologisch gespeichert werden. Der Verkauf von CO₂-Zertifikaten bietet die Chance von zusätzlichen Einnahmen. Aktuell gibt es in Österreich noch keinen rechtlichen Rahmen dafür. In Ländern wie Norwegen wird CO₂ bereits aktiv sequestriert. Auch diese Option wird aktiv sondiert.