Schneller Schlau, der Wissenspodcast von PM trifft das Helmholtz-Zentrum Herion. Willkommen bei Herion Academy, dem Spezial von PM Schneller Schlau. Einmal im Monat nehmen wir euch mit in die Welt der Wissenschaft. Direkt aus dem Helmholtz-Zentrum Herion sprechen wir über bahnbrechende Technologie, die unsere Zukunft prägt. Ich bin Svea Eckert, Tech-Journalistin. Ich bin hier nicht alleine, an meiner Seite ist... Thorsten Fischer bin ich und ich bin Meeresbiologe und Leiter der Kommunikationsabteilung am Helmholtz-Zentrum Herion. Thorsten, wenn ich an Klimaschutz denke, dann denke ich an sowas wie weniger fliegen, weniger Autofahren, weniger Fleisch essen, aber an einen Filter, der das CO2 einfach wieder einfängt, an den denkt man nicht so schnell. Ja und gerade diese Filter haben große Potenziale, vor allen Dingen in industriellen Prozessen. Allein die Zementproduktion ist für rund 8% der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich. Ja krass, das weiß man nicht so, das hat man nicht so auf dem Schirm. Genau, man sagt immer, wow, das ist der internationale Flugverkehr. Aber die Zementproduktion stößt zum Teil noch mehr CO2 aus und auch Stahl spielt in einer ähnlichen Liga. Also Industrie braucht natürlich CO2, produziert aber auch CO2.

Und ich glaube, da lässt sich viel mit Membranen auch tun. Und die zentrale Frage heute, können wir CO2 nicht einfach wegfiltern? Ja, spannend. Dabei hilft uns ein Top-Experte auf dem Gebiet, der seit Jahrzehnten genau daran forscht. Thorsten Brinkmann. Er leitet am Herion die Abteilung Verfahrenstechnik am Institut für Membranforschung. Und gemeinsam mit seinem Team arbeitet er genau da dran, nämlich CO2 mithilfe von hauchdünnen Kunststoffschichten herauszufischen, bevor es in die Atmosphäre kommt. Ja, ich freue mich schon, zwei Thorstens ein Mikrofon. Aber jetzt erstmal herzlich willkommen und schön, dass du da bist, lieber Thorsten. Ja, vielen Dank, dass ich hier sein darf. Freut mich sehr und ich freue mich drauf, euch meine Forschung ein bisschen näher zu bringen. Woher kommt die Leidenschaft für diese Art auch von Filter, Membran, für diese Art von Technologie? Naja, wie dein Name, du hast ja gesagt, ich komme aus der Abteilung Verfahrenstechnik. Ich bin Verfahrenstechniker, das ist eine Unterrichtung des Maschinenbaus. Ich habe vorhin seit mal in Aachen Maschinenbau studiert und das Schöne da war, dass sich ganz viele verschiedene Studienrichtungen, Vertiefungsrichtungen im Maschinenbau aufgetan haben.

Eine davon nennt sich Verfahrenstechnik und könnte man auch als Stoffumwandlungstechnik ansehen. Das ist all das, was zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie passiert, in Raffinerien passiert, was eben technisch umgesetzt wird, wenn Stoffe umgewandelt werden. Und eines der Verfahren, die da genutzt werden, sind Membranverfahren. Und das Schöne am Membranverfahren ist, die machen Trennungen oft einfacher.

Sind relativ einfach aufzubauen, vermeiden großen Energieeinsatz im Vergleich zu vielen anderen Verfahren und können einem das Leben vielleicht unter Umständen leichter machen, wenn man so als Verfahrenstechniker oder Chemieingenieur unterwegs ist. Und das hat mich dazu gebracht, da tiefer einzusteigen. Also ein faszinierendes Material, was ihr da vor euch habt. Ja, und über die Anwendung und auch über die Forschung mit Membran, da werden wir noch tiefer sprechen heute. Ich hatte es im Intro ja schon gesagt, Zementherstellung, Stahl verursachen richtig viel CO2. Woran liegt das? Fangen wir mit dem Zement an.

Zement wird ja hergestellt aus Kalk. Der Kalk wird gebrannt. Und bei dem Brennen des Kalks entsteht CO2. Und das heißt, wenn wir Zement haben wollen und Zement weiter einsetzen wollen, was wir natürlich müssen, wenn wir weiter feste Strukturen bauen wollen, dann werden wir Zement brauchen. Zement gibt es eben nicht ohne diese CO2-Emissionen. Und in einem Zementwerk stammen zwei dieser CO2-Emissionen aus dieser Umwandlung des Kalks in Zement. Und gar nicht aus dem Brennstoff. Den Brennstoff braucht man auch. Und der ist dann für ein weiteres Drittel der CO2-Emissionen verantwortlich. Aber wie gesagt, zwei Drittel kommen erstmal aus dem Zement selber. Das muss man wirklich erstmal richtig sacken lassen. Also das heißt, selbst mit dem grünsten Ökostrom, den es gibt, würde eben CO2... Dann aus dem Kalk übrig bleiben, weil es eben quasi ein Stoff ist, der entsteht, wenn Zement rauskommen soll. Und bei Stahl, das hast du gesagt, Thorsten, sind es ja auch rund sieben bis neun Prozent der globalen Emissionen. Und ich finde, das ist in der Debatte fast ein bisschen unterbelichtet, dass wir ja dann hier auch einen großen Hebel haben, um was zu tun in Richtung Klimaschutz. Ja, beim Stahl kann man vielleicht nochmal einen werfen.

Da gibt es natürlich, das wissen ja vielleicht auch viele, diesen Ansatz der Direktreduktion, dass man einfach die Stahlwerke umstellt von dieser klassischen alten Hochofenroute zu einer Route, wo man Wasserstoff nutzt, um die Erze aufzubereiten. Zu bereiten, aber das sind Eisenerze und wenn man den Wasserstoff nutzt, dann hat man erstmal nur Eisen, dann hat man auch noch keinen Stahl. Vielleicht haben viele das auch schon mal gehört, Kohlenstoffstahl, also die richtig scharfen Küchenmesser, die sind zum Beispiel aus Kohlenstoffstahl und in diesen Stählen, gerade in den guten Stählen, ist oft Kohlenstoff eingebracht und wenn Kohlenstoff eingebrachter wird, entsteht eigentlich auch immer irgendwo CO2 und auf der klassischen Route im Hochofen entsteht sowieso jede Menge CO2, das wiederum abgetrennt werden muss aus den Abgasen eines Stahlwerks.

Bei der Mobilität, also bei den E-Autos, da hat man so den Eindruck, da kann man recht leicht, relativ leicht auf CO2, Verzichten, weil man zum Antrieb nichts mehr verbrennt, sondern weil man halt diesen Ökostrom dann im besten Fall nutzt. Sind denn Zement, Stahl und überhaupt die chemische Industrie typische Fälle für sehr schwer vermeidbare Emissionen? Das würde ich schon sagen. Das sind wirklich schwer vermeidbare Emissionen. Die Chemieindustrie hatten wir ja als solches noch nicht. Es gibt ja unglaublich viele Synthese-Routen in der chemischen Industrie. Also wenn man sich so einen großen Chemiestandort wie in Ludwigshafen oder in Mare oder in Leverkusen anguckt, dann sieht man ja riesengroße industrielle Komplexe, wo im Prinzip alles Mögliche hergestellt wird, das wir in unserem täglichen Leben brauchen. Ich breche immer gerne eine Stange für die Chemieindustrie, weil die hat immer so einen schlechten Ruf. Den verdient sie nicht.

Das ist essentiell dafür, dass wir heute so leben können, wie wir leben, weil sie im Prinzip die ganzen Grundstoffe, die man braucht, um andere Dinge, Plastik, Mobiltelefone, what have you, herzustellen, das kommt aus der Chemieindustrie. Und wenn die weiter produzieren soll und auch produzieren will und in Deutschland produzieren soll, dann braucht die natürlich auch neue Produktionsverfahren, neue Produktionswege und eben Wege des CO2, das dabei entsteht, abzutrennen. Und da kann eben wiederum die Membrantechnologie helfen. Genau an der Schnittstelle sitzt deine bzw. Eure geile Forschung in dem Sinne, wo ihr eben dran arbeitet, Hebel zu finden, wie können wir die Industrie unterstützen mit neuen Verfahren, dieses CO2 zu verringern. Und genau darum geht es also, das CO2 quasi, wenn es durch den Schlot des Zementwerks geht, herauszufiltern, abzufangen, bevor es dann in die Atmosphäre gelangt. Wie muss ich mir das vorstellen? Genau, du hast es schon genau richtig beschrieben. Das Schöne an diesem Verfahren ist ja, wir greifen das CO2 da, wo es entsteht und wir greifen uns es da, wo große Emittenten, also große Werke sind, die viel CO2 ausstoßen. Und da gehen wir im Prinzip wirklich direkt an den Schornstein, nehmen das gesamte Abgas, nehmen ein Gebläse, also eine Luftpumpe, wenn man so will, und schieben das in diese Membranmodule, das sind große Behälter rein.

In den Membranmodulen sind wiederum diese Membranen. Und das sind, wie du schon gesagt hast, ganz dünne Schichten, dünne Polymerfilme. Und in diesen dünnen Polymerfilmen, da geht das Kohlendioxid bevorzugt hinein.

Während der Sauerstoff, der Stickstoff, die anderen Gase, Komponenten eines solchen Abgasstroms und das sind dann viele eben, das nicht so gut machen. Also das CO2, das reichert sich erstmal in diesem Polymer an und wird da drin gelöst. So wie sich Zucker im heißen Wasser löst, so löst sich das CO2 in diesem dünnen Polymerfilm. Jetzt ist er da drin, das ist ja auch wunderschön, aber jetzt soll er da ja auch abgetrennt werden und wieder rauskommen. Und das erreicht man dadurch, dass man über diesen Polymerfilm eine Druckdifferenz hat. Ich habe ja gesagt, da geht so ein Gebläse, da schiebt es da rüber und dann auf der Rückseite dieser Membran, da legt man ein Vakuum an, also ein Unterdruck. Wie ein Staubsauger saugt man sozusagen das CO2 wieder aus diesem Polymerfilm heraus. Jetzt habe ich gesagt, das ist ein ganz dünner Film. Der Film ist 100 Nanometer dick. Okay, kann ich mir schon mal nichts darunter vorstellen. Wo ist ein Milliardstel Meter.

Also es ist wirklich sehr, sehr dünn. Und da habe ich einen schönen Vergleich, den habe ich mir vorher nochmal rausgesucht, 50 Nanometer hatte ich hier gesehen oder 100 Nanometer sind in etwa tausendmal dünner als das menschliche Haar. Genau. Also das ist dann sehr, sehr, sehr, sehr dünner. Also das kann man nicht mehr sehen? Nee, kann man auch nicht. Mit einem gewissen Auge auf gar keinen Fall. Und deshalb, wenn wir darüber eine Druckdifferenz anlegen, heißt das natürlich auch, dass dieser dünne Film mal nicht alleine eingebaut ist, sondern wir haben eine Stützstruktur. Das ist eben aufgetragen auf so einer Stützstruktur. Und da kommt eben bei uns auch das Know-how her, dass wir einfach diese dünnen Kompositwerkstoffe herstellen können. Wir fangen an mit so einem Standardmaterial, nennt sich Vlies, das sind so gepresste Polymerfäden, gepresste Kunststofffäden. Darauf bauen wir dann eine Stützstruktur auf, die ist ungefähr 30 Mikrometer dick, also das ist dann das menschliche Haar ungefähr.

Dann bauen wir auf diese Stützstruktur, darauf bauen wir dann diese ganz dünnen Filme auf, diese 50 bis 100 Nanometer dünnen Filme. Ich denke ja, wenn ich das Wort Filter höre, immer an so einen Kaffeefilter. Weil das ist so der Filter, den ich im Kopf habe. Also ein Kaffeefilter, der so quasi wie so halb porös ist. Da sind eben diese Löcher drin, diese mini, mini kleinen Löcher. Und Kaffee bleibt draußen, Wasser läuft durch. Aber du hast es schon angefangen zu beschreiben. Aber so ist es ja nicht. Nein. Also Membranen, muss man auch dazu sagen, ist ein weites Feld. Klar, CO2-Abtrennung ist eine Sache. Die werden aber zum Beispiel auch zur Wasseraufbereitung eingesetzt. Und da ist es ein Filter. Da spricht man dann von Mikrofiltration und Ultrafiltration. Haben wir auch eine Folge dazu gemacht. Genau, das war Wolkan. Der hat Wolkan dazu was erzählt. Ganz genau. Und wir nehmen im Prinzip Wolkansmembran und treiben es weiter. Und setzen dann auf diese porösen Membranen.

Einen dünnen, aber dichten Film. Also es ist wirklich ein dichter Kunststofffilm, bloß dass er eben sehr, sehr dünn ist. Da sind jetzt keine Poren drin. Da ist kein Filtereffekt als solcher, sondern es ist wirklich so, dass sich das Molekül, dieses CO2-Molekül, auf diese Oberfläche des Polymerfilms trifft und sich dann in diesem Polymerfilm, die Polymerfilme kann man sich vorstellen, wenn man es ganz groß vergrößert, wie so einen Haufen Spaghetti, die da liegen. Und dann zwischen diesem Haufen Spaghetti, da sind dann kleine Löchlein und da passt noch was rein.

Und da geht dann eben das CO2-Molekül rein. Warum? Das Zusammenspiel zwischen der Art des Polymers, es gibt ja ganz viele verschiedene, das was wir hier nennen, das nennt sich Polyethylenoxid. Und das Polyethylenoxid, das zieht eben das CO2 an, da gibt es eine Affinität an. Jetzt ganz stumpf gesagt, wie ein Magnet das Eisen anziehen würde, so besteht da so eine Affinität zwischen dem Polyethylenoxid und dem CO2. Das geht dann da eben rein. Und es gibt eben andere Kombinationen, zum Beispiel Silikongummi. Das kennen wir alle vom Fugendicht-Silikon. Daraus kann man auch eine Membran machen. Das zieht zum Beispiel supergut höhere Kohlenwasserstoffe, so Butan- oder Benzinmoleküle an. Man muss genau wissen, was man aus welchem Strom abtrennen will und welches Polymer man dann nimmt. Da liegt eben auch bei uns das Know-how im gesamten Institut für Membranforschung, dass wir diese gesamte Kette abarbeiten können. Wenn du sagst, wir bauen so eine Membran, dann denke ich immer an was Handfestes. Also klar, ihr macht Verfahrenstechnik, das heißt, ihr entwickelt, ihr baut ja wirklich auch. Nur bauen und dann auf der anderen Seite tausendmal dünner als ein Haar. Da frage ich mich, wie kann man irgendwie eine Schicht herstellen, die tausendmal dünner ist als ein Haar? Wie macht ihr das rein technisch, rein praktisch? Die ersten Schritte sind so, dass man dieses Fließmaterial nimmt und diese Poröse-Stich drauf aufbringt. Jetzt sagen wir mal, die haben wir schon. Und dann nimmt man zwei Rollen. Und die eine Rolle, die transportiert diese Poröse-Schicht.

Und die andere Rolle, die wird immer benetzt mit einer Polymerlösung, mit einer Flüssigkeit. Die ist wie was, also es ist wirklich wässrig, das sieht aus, so eine klare Flüssigkeit. In dem dieses trennaktives Polymer, dieses Polyethylenoxid-Blockopolymer, das eben diese CO2-Trennung ermöglicht. Drinnen gelöst ist. Und dann entsteht so ein Meniskus, so ein Oberflächeneffekt, dass sich einfach diese poröse Membran über diese andere Rolle vorbeigeführten Flüssigkeit benetzt. Dann steht einfach ein Flüssigkeitsfilm auf der porösen Membran. So, und das, was als nächstes passiert ist, dass man das Lösungsmittel abdampft. Also da wird jetzt einfach Wärme kontrolliert zugeführt und das Lösungsmittel verdampft und dann fällt das Polymer wieder in fester Phase aus, es wird fest und bildet eben diesen ganz dünnen Polymerfilm. Also die ganz, ja, ich hatte eben die Spaghettis, also die vergrößerten Spaghettis, die lagern sich jetzt so ein bisschen ab, als wenn man jetzt den Spaghettitopf da ja mit dem Wasser hin drin stehen lassen würde und das ganze Wasser wegkochen würde irgendwann mal und dann hat man die Spaghettis da flach drinnen liegen. Also ich merke schon, also es ist schon knifflig. Auf jeden Fall. Das ist eine Sache, die ganz viel Know-how erfordert. Das sind dann Kollegen von mir wie Jule Kloth, die das machen. Das ist einfach fantastisch, was die an Know-how haben, um diese Membran so hinzubekommen.

Wie sie sind, dass wir sie dann erstmal einsetzen können. Denn wir können überhaupt nichts machen, wenn wir nicht diese guten Membranen haben. Und wir können nur diese guten Membranen haben, wenn wir wieder so Kollegen wie Wolkan zum Beispiel haben und andere Kollegen in der.

Polymerchemie, die sich genau angucken können, was ist denn das trennaktive Polymer, das geeignet sein kann, wie können wir das synthetisieren, wie können wir das so herstellen, dass es wirklich diese trennaktiven Filme bilden kann. Und bevor ihr in die wirkliche Produktion geht, also von euren ersten Versuchsreihen, eure ersten Prototypen von diesen neuen Membranen herstellt, sitzt ihr ja wahrscheinlich auch viel am Rechner. Ganz klassische Computerarbeit, Stichwort digitaler Zwilling, überhaupt Digitalisierung und Membran. Inwiefern nützt euch die Computerarbeit, später die optimale Membran im Labor dann zu produzieren? Also ich muss eins sagen, es gibt Sachen wie Molecular Modeling, wo also diese Moleküle, die Interaktion der Moleküle wirklich am Computer simuliert wird. Da gibt es ein bisschen Erfahrung bei uns, aber da muss noch eine ganze Menge mehr umgesetzt werden, denke ich. Und wir haben auch ziemlich viele Methoden gehabt mit ersten Ansätzen und Anwendungen der KI.

Also der künstlichen Intelligenz, um im Prinzip über neuronale Netze Datensätze auszuwerten, um zu gucken, was da gut verwendet werden kann. Aber das sind erst Dinge, da kretzen wir ein bisschen vielleicht noch an der Oberfläche, da ist noch ganz viel möglich, was wir noch nicht umgesetzt haben. Es ist viel einfach im Moment, dass das empirische Know-how der Leute, also die Kombination... Aus einer wirklich sehr soliden Ausbildung an der Uni oder auch für die Laborantinnen und CTAs, die bei uns beschäftigt sind. Also chemisch-technische Assistenten, die bei uns beschäftigt sind. Also wirklich dieses, was auch diese Kombination der verschiedenen Bildungsabschlüsse in Deutschland, was Deutschland da meiner Meinung nach auch auszeichnet, dass die Zusammenarbeiten, ihr Know-how zusammenbringen und daraus ein Mehrwert entsteht. Und das ist ganz stark bei der Entwicklung der Polymerwerkstoffe für Membranen der Fall. Und das ist dann auch im weiteren Verlauf der Fall. Da arbeiten wirklich, ich denke mal, das ist ganz wichtig, dass verschiedene Leute über verschiedene Ausbildungsgrade zusammenarbeiten. Ich habe jetzt deine Frage nicht ganz beantwortet, aber ich komme da nochmal drauf oder schließe mal den Bogen dazu.

Was natürlich, wo das schon wichtig ist, weil es da auch schon etablierter ist, schon ein bisschen länger gemacht wird, sind, was wir dann machen mit den Membranen, wenn wir sie erstmal haben, dann werden sie ja eingebaut in Apparate, sogenannte Membranmodule. Die werden natürlich mithilfe von CAE, nennt sich das Computer Added Engineering Methoden, werden die konstruiert. Da sitzt man am Rechner, da hat man wirklich diese 3D-Modelle, die sich da drehen, wenn die Dinger zusammengebaut werden oder zusammen konstruiert werden. Dann macht man Simulationen, um zu beschreiben, wie die Überströmung dieser Membran stattfindet, wie man gleichmäßig das Gas über die Membranfläche in solchen Membranmodulen verteilt. Ja, da wird es ja dann nochmal spannend oder das ist dann ja der zweite Teil eigentlich der Arbeit. Das erste ist ja…, überhaupt diese Membran zu konstruieren, zu erfinden, herzustellen. Der zweite Teil ist ja, wie bauen wir die ein in so einen Schlot, sage ich mal, in welcher Größe.

Und auch, du hast es gerade schon gesagt, wie strömt dann das Gas, also das Abgas sozusagen darüber oder dadurch oder da dran, damit sozusagen diese CO2-Teilchen sich so massiv angezogen fühlen. Und das ist etwas, was man mithilfe von Computern dann berechnen kann. Das ist eben auch bei Ingenieurwissenschaften, es ist ja oft so, dass man verschiedene Methoden hat, die auf ganz verschiedene Dinge angewendet werden. Also dieselben Methoden werden angewendet, um zum Beispiel den Widerstandswert von einem Auto auszurechnen, die eine CV-Kennzahl oder sowas in der Erde. Diese Methoden kann man eben anwenden, um diese Überströmung von dieser Membranfläche. Die muss natürlich gut sein, die darf aber auch andererseits keinen zu großen Druckverlust haben. Weil Druckverlust heißt immer Energie, der muss wieder ausgeglichen werden. Also da muss man genau auslegen, genau berechnen, wie man diese Strömungsführung des Gases in so einem Membranmodul am besten macht.

Da gibt es auch noch Temperatureffekte, da müssen alle möglichen Dinge berücksichtigt werden und die berücksichtigen wir in diesen CFD-Modellen. CFD steht für Computational Fluid Dynamics, also rechnerische Strömungssimulationen grob gesagt. Und dann gehen wir weiter und erstellen eben auch Modelle. Und da geht es jetzt in die Frage, wie bauen wir das an den Schornsteinen an, weil da kommt das Gas an mit einer gewissen Zusammensetzung. Jetzt wollen wir ja ausrechnen. Wie gut wird das CO2 abgetrennt? Was sind die optimalen Bedingungen? Welche Drücke? Welche Temperaturen? Um eben diese Abtrennung mit dem minimalen Energiebedarf zu machen. Weil ich habe ja vorher was gesagt von, da ist ein Gebläse und da ist eine Vakuumpumpe und die brauchen natürlich Strom. Ja, und das wäre ja dann, würde sich quasi ja sonst die Katze wieder an den Schwanz beißen, wenn man dann da keinen Ökostrom nimmt oder wenn man da dann wieder CO2 erzeugen muss, damit überhaupt diese Energie zustande kommt. Eine Sache nur, weil in meinem Kopf ist es noch nicht klar.

Ich stelle mir also wirklich so einen riesigen Schlot vor und dann sind es ja riesige Filtermembrane, keine Ahnung, stehen die da drin, liegen die da quer drin? Die Membran ist nicht im Schornstein. Du nimmst im Prinzip das Gas, das in den Schornstein reingehen sollte und führst es zu einer Anlage, die von außen so aussieht wie ein Chemiewerk. Ach. Und da geht das Ganze durch und dann kommt es wieder in den Schornstein rein. Und zwar, was wieder in den Schornstein reinkommt, ist natürlich das Gas, aus dem vorher das CO2 abgetrennt wurde. Und wie groß sind dann diese Filter? Diese Filteranlagen sind, also so ein Zementwerk, kommen wir vielleicht gleich auch nochmal drauf, wir haben einen Lizenznehmer, der nennt sich Cool Planet Technologies und ein Unternehmen, mit dem wir eng zusammenarbeiten, das Zement herstellt, das ist die Firma Holzem, und in Höver bei Hannover bauen die jetzt so eine Demonstrationsanlage und in dieser Demonstrationsanlage werden 10.000 Tonnen CO2 pro Jahr abgetrennt. Und die Anlage ist von der Grundfläche her, würde ich mal sagen, grob ein halbes Fußbeifeld groß.

Und ein Membranmodul, das da drin steckt, ist... Und 8 Meter lang und 1,2 Meter im Durchmesser. Und das ist nur ein Membranmodul, das da steht. Und dann noch zwei kleinere. Warum, komme ich gleich nochmal drauf. Das ist das für diese 10.000 Tonnen pro Jahr. Wenn ich das jetzt richtig im Kopf habe, macht das Zementwerk dort 700.000 Tonnen. Krass. Das muss nochmal viel größer gebaut werden. Das heißt nicht, dass man das so auch hochskalieren muss, dass man sagt, man hat da linear so viel mehr Fußballfelder rumstehen. Das wird übereinander gestapelt und so weiter. Das ist nicht so, dass da jetzt alles zugepflastert werden müsste. Aber es ist schon ein großer Platzbedarf. Und es ist auch ein großer Energiebedarf. Also du hast schon gesagt, man sollte natürlich tunlichst eine erneuerbare Energien nutzen. Aber das ist eben auch die Sache mit der Elektrifizierung, die wir machen müssen in der Bundesrepublik Deutschland oder in ganz Europa und prinzipiell auf der ganzen Welt, die eben Rieseninvestitionen mit sich trägt. Also der Strom muss von Nord nach Süd und solche Dinge alles. Das spielt da alles mit rein letztendlich. Was geschieht mit dem CO2, wenn ihr in der Lage seid, das CO2 abzutrennen? Da gibt es ja verschiedene Optionen. Die eine Option ist, es gibt ja mal CCU, also Carbon Capture and Utilization, also Abtrennung des CO2 und spätere Nutzung. Und dann gibt es CCS, also Carbon Capture and Storage, also Abtrennung des CO2 und spätere Speicherung. Das sind die beiden großen unterschiedlichen Sachen.

Für die Nutzung kann man das Kohlendioxid nehmen und dann mit Wasserstoff zusammenbringen. Insofern ist das auch eine wichtige Sache, wenn man jetzt so, hier sind wir auch wieder bei Herion gut aufgestellt, weil wir haben die Kollegen aus der Wasserstofftechnologie, die sich genau solche Konzepte ansehen, wie bricht man den Wasserstoff dahin, wo man ihn braucht, dass man das CO2 mit dem Wasserstoff zusammenbringt. Und dann kann man eben eine chemische Synthese machen oder verschiedene chemische Synthesen machen, aus denen dann sinnvolle, nutzbare Chemikalien entstehen, die wiederum, ich habe ja vorher schon was von der Chemieindustrie erzählt, die wiederum in der Chemieindustrie genutzt werden können.

Oder die als Kraftstoff genutzt werden können. Also Sustainable Aviation Fuel für Langstreckenflüge wird ja auch viel erwähnt und besprochen. Und das kann eben hergestellt werden dadurch, dass man in einem Reaktor, die länger nennen sich Fischer-Tropsch-Reaktoren, in so einem Fischer-Tropsch-Reaktor Kohlendioxid und Wasserstoff zusammenbringt. Ich finde das immer so spannend in unserem Podcast und in der Herion Academy, dass wir hier ganz oft sehen, dass viele Verfahren irgendwie da sind, dass Verfahren erforscht werden, aber dass es natürlich noch ein ganz langer Weg ist, die dann auch in die Umsetzung zu bringen und in die Industrie zu bringen. Deswegen würde mich nochmal sehr interessieren, quasi was kostet das? Also was ist die Schwierigkeit daran, so eine innovative Technologie wie jetzt diese Membranfilter, die dann auch in die Praxis zu bringen? Ich tue mich schwer, damit ein Preisschild zu machen. Ich finde es immer ganz schwierig, wenn Forschungsinstitutionen, Universitäten oder Forschungszentren sich hinstellen und sagen, das ist so und so teuer. Weil die haben oft gar nicht die Grundlage, um das genau beurteilen zu können.

Die wissen nicht die Strompreise, die ausgehandelt sind. Die wissen nicht, wo eine Anlage letztendlich gebaut wird, wo die Randbedingungen sind. Also Kosten aus akademischem Umfeld, wenn die sagen, dann kostet das so und so viel, halte ich immer für zumindest hinterfragenswert. Das einmal vorweggeschickt, auch wenn ich sowas sagen würde. Was aber der Punkt ist in sowas, also dann sind wir uns einig, ja, wir wollen das haben.

Dann muss aber erstmal die erste Sache, die da sein muss, aus meiner Sicht ist eine Verlässlichkeit. Also ein möglicher Investor aus dem privatwirtschaftlichen Bereich. Von dem wird ja erwartet, jetzt richtig Geld auf den Tisch zu legen, um eine Fertigung von Membranen zu machen. Das können wir. Wir können hier am Herion im Pilotmaßstab Membranen herstellen. Können wir. Bloß wir können nicht die Membranen für ein riesengroßes Chemiewerk oder Stahlwerk oder Zementwerk herstellen. Das können wir nicht. Da brauchen wir jemanden, der dann sagt, okay, ich mache diese Investition, ich baue dieses Werk, um Membranen herzustellen. Aber das setzt natürlich voraus, dass er auch eine Verlässlichkeit haben muss, dass er dann letztendlich diese Membranen auch verkaufen kann. Und da muss natürlich die politischen Rahmenbedingungen gesetzt sein und dass man da auch eine Planbarkeit hat. Dann dauert das. Das heißt, wir können natürlich was machen und wir können natürlich sagen, okay, das funktioniert und wir zeigen es jetzt auch in der Demonstrationsanlage bei Holzemannöver.

Dann wird nachgewiesen, ja, das funktioniert. Und dann wird diese Anlage zur Herstellung der Membranen gebaut. Und das ist ja eine Investition, eine neue Anlage, die irgendwo aufgebaut wird. Das heißt, die steht ja nicht innerhalb von zwei oder drei Monaten. Das dauert alles Zeit. Das ist die typische Start-up-Frage. Ich bin jetzt nicht der Start-up-Mensch, der sich da so auskennt, aber ich glaube, das nennen viele Valley of Death. Dass einfach die Sache ist, man hat eine super Idee aus der Forschung, will die groß umsetzen. Aber diese Lücke, dass man eben die ganze Infrastruktur, die ganzen Werke, alles aufgebaut hat, damit im großen Maßstab umgesetzt werden kann, will ja durchfinanziert sein. Das ist eben Schwierigkeit und da bin ich wiederum nicht derjenige, der das so gut weiß, aber letztendlich ist da glaube ich eine ganze Menge zu machen und da passiert ja auch viel, auch bei uns passiert viel, dass man einfach Instrumentarien schafft, um diese Ideen rauszubringen und zu ermöglichen, dass die besser umgesetzt werden.

Ja, denn am Ende muss es sich ja auch für den, der so eine Anlage einbaut oder für dieses Industrieunternehmen lohnen. Welche Anreize sind das, die so eine große Firma wie eine Zementindustrie motivieren können zu sagen, okay, wir investieren in so eine Technik, die die Nachhaltigkeit fördert? Ist das Neugierde? Ist das die Hoffnung, damit mal Geld verdienen zu können? Oder was ist die Motivation dahinter? Ich meine fair enough, ich denke mal niemand in der Industrie, in unserem System macht das aus Neugierde oder reiner Menschenfreude. Die müssen letztendlich Geld verdienen, um am Markt bestehen zu können.

Auch das ist eine Frage der Randbedingungen. Letztendlich ist es, so wie ich es verstehe, wiederum, ich bin kein Wirtschaftswissenschaftler und kein Volkswirt. Letztendlich geht es da um die CO2-Zertifikate und die CO2-Zertifikatspreise. Es muss einfach so reguliert sein, dass es sich letztendlich nicht mehr lohnt, den Zement oder den Stahl herzustellen, wenn man nicht nachweisen kann, dass man das CO2 abgetrennt haben kann. Ich denke mal, das ist die Krux dabei. Genau, das sehe ich auch als Krux, dass diese Industrien in diesem starken internationalen Wettbewerb stehen. Und wenn es eben Stahl zum Beispiel günstig aus China oder aus anderen Ländern gibt.

Dann ist da natürlich immer die Frage oder auch dieser Punkt, ja, wir müssen bestehen gegenüber Ländern, die möglicherweise nicht diese hohen Umweltstandards haben, wo die nicht so eine teure Membrantechnologie oder andere teure Filtertechnologien verbauen müssen. Von daher ist es ja dann doch eine politische Frage. Du hast den Emissionshandel schon angesprochen. Also in der EU werden zum Beispiel der Zementindustrie kostenlos Zertifikate zugeteilt. Und statt zu sinken, sind die Emissionen seit Einführung des Emissionshandels in der Zementindustrie sogar noch gestiegen. Da haben wir eine aktuelle Studie dazu gefunden. Sind das dann die falschen Anreize? Ich weiß nicht, ob es die falschen Anreize sind. Das kann ich jetzt nicht genau sagen. Da bin ich nicht wirklich berufen, weil ich habe mich da, muss ich ganz ehrlich sagen, nicht so belesen, weil letztendlich...

Sehe ich uns als Forscher, teilweise machen wir natürlich das, was wir machen. Teilweise nehmen wir natürlich auch die Aufgabenstellung aus der Gesellschaft, aus der Industrie, aus der Politik an und setzen das um. Und bei diesen CO2-selektiven Membranen war letzteres sicherlich auch ein großer Punkt, dass wir das gemacht haben. Wie gesagt, habe ich mich nicht so sehr damit beschäftigt, aber so wie ich das verstehe, ist es ja auch so, ja, die Zementindustrie kriegt die Zertifikate für umsonst, aber das wird ja nicht immer so weitergehen. Die werden dann auch irgendwann, muss die Zementindustrie die Dinger kaufen, dann wird es weniger attraktiv, das so zu machen. Und was die internationalen Wettbewerb jetzt sagen, klar, das ist immer so die, wie soll man sagen, ist es eine Hände-Ei-Problematik, weiß ich nicht. Aber letztendlich, wir haben, das sagen wiederum unsere Kollegen aus der Klimaforschung, wir haben dieses Problem. Wir haben eine massive Erderwärmung und die Möglichkeit, das einzuschränken wenigstens, ist eben mit den CO2-Emissionen drastisch runterzugehen. Und da ist der große Hebel. Da ist der große Hebel.

Diese Technologien ermöglichen uns das. Ich sehe aber auch das Problem, wenn dann gesagt wird, okay, da machen wir diese ganzen Technologien, machen das in Europa verpflichtend und, die ganzen Unternehmen in Europa sind null wettbewerbsfähig, wenn man jetzt günstigen Schal aus China oder aus Indien und so weiter und so fort ansieht. Ich meine, ich könnte jetzt hier anfangen, irgendwelche Lösungen mit Zöllen und so weiter und so fort vorzuschlagen. Aber das ist nicht, da kenne ich mich nicht aus und da weiß ich nicht die Implikationen, die sich daraus wiederum letztendlich ergeben. Es wäre natürlich schön, wenn man sich einigen könnte, wir machen das jetzt alle weltweit. Aber naja, wir kennen das Bild, wie es so etwas aussieht. Du bist aber Experte in der Frage, ob wir CO2 wirklich wegfiltern können und, vielleicht da nochmal zurück auf die Ausgangsfrage. Können wir CO2 einfach wegfiltern? Was ist deine ehrliche Antwort? Wir können es wegfiltern aus diesen großen Emittenten. Also die großen Emittenten, Stahl, also die industriellen großen Emittenten. Die man rumstehen sieht, wo CO2 rauskommt, da können wir das machen. Wir müssen natürlich gucken, dass wir die Energieversorgung dafür sicherstellen. Aber das ist technisch möglich. Und auch, dass dann.

Dieses Abfallprodukt, weil ich meine, die Membrane, die müssen auch gefertigt werden. Das kostet auch Energie. Dann müssen die ausgetauscht werden. Die werden ja nicht ewig halten. Ist es am Ende trotzdem so, dass wir noch CO2 einsparen? Genug einsparen? Ich denke schon. Das ist natürlich alles ein Preis. Da gibt es eben Leute, die machen Lifecycle-Landels, also diese Lebenszyklus-Betrachtung. Das ist ja das, du musst es fertigen, in die Fertigung fließt Strom und so weiter und so fort. Das dauert eine Zeit, bis wirklich netto CO2 abgetrennt wird. Das ist sicherlich so. Aber das lohnt sich dann aus meiner Sicht unterm Strich schon, wenn es gemacht wird. Die eine Sache, das mit der CO2-Verwendung, ist natürlich die nächste. Was macht man mit dem Zeug? Da hattest du schon gesagt, die eine Sache ist ja wirklich, es wirklich zu nutzen. Die andere Sache ist, es zu speichern. Und da gibt es natürlich schon gerade in Norwegen und auch in Großbritannien, soweit ich weiß, also die ausgebeuteten Gas- und Ölfelder in der Nordsee sozusagen neu zu befüllen mit abgetrenntem CO2. Das sozusagen zu verpressen. Da rein zu verpressen. Also im Prinzip wird das Geschäftsmodell umgedreht, dass die Pipelines sozusagen umgehen, die uns früher das Erdgas gebracht haben. Da geht das CO2 zurück. Also ganz so wird es nicht sein, aber das ist eben die Idee.

Der auch so schön gewesen, wenn alles so einfach gewesen wäre. Denn ich finde, das zeigt ja jetzt auch unser Gespräch ganz deutlich, wie viel dann doch wieder immer das eine mit dem anderen, zusammenhängt und das alles ein ganz großer Kreislauf ist, der im Prinzip von Anfang, also von Energieerzeugung bis hin zu was machen wir mit Abfallprodukten, dann zu Ende gedacht werden muss. Gibt es denn in dem Zusammenhang noch ein Missverständnis über deine Forschung oder die CO2-Abscheidung, das du gerne noch ausräumen würdest? Oder ein Mythos? Ein Mythos, den ich ausräumen möchte.

Jetzt hast du mich erwischt, so auf Anni... Was andere Menschen denken, wo du immer so ganz dezent innerlich die Augen verdrehst. Nein, also normalerweise, wenn man es erklärt, warum man das macht und wieso man das macht. Und das Schöne an den CO2-Quellen, die wir untersuchen und wo wir dran sind, sind ja, das sind wirklich Sachen, da kommt es raus. Und zwar da kommt es konzentriert raus in großer Menge. Da können wir hingehen und wirklich auch direkt einen Impact erzeugen, dadurch, dass wir da CO2 abtrennen. Manchmal kommen Leute zu mir und sagen, dann können wir das doch im Auto machen.

Und das ist eben nicht umsetzbar, weil das einfach viel zu klein ist. Du kannst nicht in jedes Verbrennerauto so ein Ding einbauen.

Was ich mir vorstellen könnte, wäre zum Beispiel auf großen Schiffen, da könnte man sich überlegen, ob das möglich wäre, falls das überhaupt sinnvoll ist, aber da bin ich mir auch nicht hundertprozentig sicher. Aus meiner Sicht, das ist eben auch eine Sache, sind diese Punktquellen, die man angehen kann, wirklich weltweit Dinge, wo man viel erreichen kann an CO2-Abtrennung und relativ einfach und mit vergleichbar geringem Energieaufwand erreichen kann. Wenn man das zum Beispiel vergleicht mit diesen Ansätzen zur Direct Air Capture, also das ist vielleicht einfach von daher zu verstehen, in der Atmosphäre sind 400 ppm, also 400 Teile CO2 pro Millionen Teilen in der Luft insgesamt.

In so einem Abgas aus dem Zementwerk sind 20 Prozent, dann sind die 20 Prozent wesentlich einfacher abzutrennen, als aus der Luft das bisschen rauszuholen, sodass man da auch einen Einfluss letztendlich merkt. Nach jahrelanger Forschungsarbeit und einem Thema, was ist das für ein Gefühl, wenn du so heute sagen kannst, mit unserer Membran können wir in der Großindustrie CO2 wirklich wegfiltern? Das ist schon ein gutes und vor allem, weil es einfach eine Sache ist, die eben auch wichtig ist. Auch die Forschung ging durch lange Wege und es hat lange gedauert, bis wir jetzt da sind, wo wir sind. Das Durchhaltevermögen, das Weitermachen, das auch zu sagen, jetzt geht mal was daneben und es wird weiter was daneben gehen. Das ist die Demoanlage. Man hat wieder irgendwelche unangenehmen Überraschungen, gibt es immer. Und dann einfach dabei zu bleiben, um letztendlich die Umsetzung zu schaffen.

Das freut mich auch, dass die Kollegen da mit so viel Enthusiasmus immer dabei waren. Und das muss ja gleichzeitig auch motivieren, in die Zukunft zu gucken. Und wir stellen am Ende immer gern die Frage an. Stell dir vor, Geld spielt keine Rolle, du hast unbegrenztes Forschungsbudget zur Verfügung. Woran würdest du arbeiten? Was würdest du gern erforschen, wenn Geld dich nicht ausbremsen müsste? Was mich immer interessiert hat und auch immer noch heute interessiert, das sind Membranreaktoren, Apparate, in denen man nicht nur diese Trennfunktionalität der Membran drin hat, sondern auch eine chemische Reaktion drin hat. Und das ist einfach von der Komplexität der Vorgänge da drinnen super interessant und das wäre eine Sache, die mich sehr stark interessieren würde und da könnte ich mir eben auch gerade das zusammenbringen von Berechnungsmethoden und experimentellen Methoden, das würde mich riesig interessieren und da könnte ich mir vorstellen, dass man da gut was machen könnte. Sehr spannend. Vielen Dank. Dank dir, lieber Thorsten, für diesen, ja, sag ich mal, wirklich Deep Dive, also von den Spaghetti.

Zur Membran, zum großen Schlot und wie man CO2 effektiv aus Abgasen herausfiltern kann. Und damit sind wir am Ende unserer Folge von Herion Academy, dem Spezial von PM Schneller Schlau. Ihr tut uns einen Riesen Gefallen, wenn ihr uns linkt und liked. Also das ist das, was unseren Podcast vorantreibt, sind eure Abos. Damit könnt ihr uns wirklich unterstützen. Genau, eine große Freude macht ihr uns auch, wenn ihr euch für unsere Themen weiterhin interessiert. Also geht gern mal auf herion.de, schaut dort vorbei. Dort findet ihr auch Hinweise auf unsere Instagram, Facebook, LinkedIn-Kanäle und vieles anderes Infomaterial. Ja, ich habe mich wieder gefreut über diese Folge und ich bin froh, Svea, wir haben es hingekriegt. Thorsten und Thorsten war doch kein großes Problem, oder? Nein, ich musste nicht mit Fischer Brinkmann und Brinkmann-Fischer agieren. Aber deswegen, ja, vielen Dank, Thorsten Brinkmann vom Institut für Membranforschung und danke euch fürs Zuhören. Ciao, tschüss. Tschüss, macht's gut. Bis zum nächsten Mal. Produktion Martin Putz, Redaktion Christoph Wörle, Mitarbeit Jasmin Ebauer. Wichtig noch, das Helmholtz-Zentrum Herion unterstützt den Podcast PM Herion Academy mit der wissenschaftlichen Recherche und stellt Audiodateien zur Verfügung.