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Dec 14, 2023

Inside Charm Industrials große Wette auf Maisstängel zur Kohlenstoffentfernung

Das Startup nutzte Pflanzenmaterial und Bioöl, um Tausende Tonnen davon zu sequestrieren

Das Startup nutzte Pflanzenmaterial und Bioöl, um Tausende Tonnen Kohlenstoff zu binden. Die Frage ist nun, wie zuverlässig, skalierbar und wirtschaftlich sich dieser Ansatz erweisen wird.

In den letzten Wochen hat ein Team von Mitarbeitern einer Firma namens Charm Industrial am Rande von Maisfeldern in Kansas gearbeitet und gerollte Ballen aus Stielen, Blättern, Schalen und Quasten auf einen weißen Sattelauflieger transportiert.

Im Inneren nutzt ein sogenannter Pyrolysator hohe Temperaturen unter Abwesenheit von Sauerstoff, um das Pflanzenmaterial in eine Mischung aus Pflanzenkohle und Bioöl zu zerlegen. Ersteres wird irgendwann wieder auf die Felder gelangen und dem Boden Kohlenstoff und Nährstoffe hinzufügen.

Aber das Unternehmen pumpt das Öl in von der EPA regulierte Tiefbrunnen, die für Industrieabfälle genutzt werden, oder in Salzkavernen, die von Öl- und Gasunternehmen zurückgelassen werden. Charm sagt, dass es sich dort verfestigt und Kohlenstoff für Tausende bis Millionen Jahre bindet, der sonst wieder in die Luft gelangen würde, wenn Bauern Erntereste verbrennen oder verrotten lassen.

Unternehmen wie Microsoft, Shopify und Stripe zahlen Charm 600 US-Dollar für jede Tonne Kohlenstoff, die es unter die Erde bringt, entweder um ihre eigenen Emissionen auszugleichen oder um beim Aufbau einer Industrie zu helfen, die durch die Einziehung riesiger Mengen eine entscheidende Rolle bei der Eindämmung des Klimawandels spielen muss von Treibhausgasen aus der Luft und deren Speicherung.

Das Startup aus San Francisco hat auf diese Weise bereits seit zwei Jahren Kohlenstoff gebunden. Ende letzten Jahres gab das Unternehmen bekannt, dass der Prozess bisher fast das Äquivalent von 5.500 Tonnen CO2 sicher eingesperrt hat, und behauptete, dies sei die bisher größte Menge an langfristiger Kohlenstoffentfernung. Aber es ist nur ein winziger Bruchteil der Milliarden Tonnen pro Jahr, von denen Klimaforscher warnen, dass die Welt sie in den kommenden Jahrzehnten möglicherweise aufsaugen muss, um den sich erwärmenden Planeten wieder in eine sicherere Zone zu bringen. Und es gibt viele Fragen und Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit dieses Ansatzes.

Das Unternehmen ist anderen vor allem deshalb voraus, weil es einen einfachen Ansatz verfolgt. Es stützt sich auf landwirtschaftliche Nutzpflanzen, um den Kohlenstoff einzufangen, und nutzt vorhandene Formationen zur Speicherung. Und Charm muss keine großen Projekte bauen und einige der Entwicklungs-, Genehmigungs- und Kapitalherausforderungen umgehen, mit denen Start-ups wie Climeworks oder Carbon Engineering konfrontiert waren, als sie versuchten, CO2-saugende Fabriken zu bauen.

Aber ein früher Vorsprung in einem kaum existierenden Bereich sagt nicht unbedingt viel darüber aus, wie sich das Unternehmen mit der Marktentwicklung schlagen wird. Insbesondere soll die nächste Generation von Direct-Air-Capture-Anlagen, die in Betrieb gehen, eine Million Tonnen pro Jahr entfernen, 180-mal mehr, als Charm bisher erreicht hat.

Das Unternehmen wird im Zuge seiner Skalierung auch mit einigen offensichtlichen Herausforderungen konfrontiert sein, darunter steigende Kosten für den Transport von Abfällen zwischen Feldern und Brunnen, konkurrierende Nachfrage nach den landwirtschaftlichen Nebenprodukten, auf die es angewiesen ist, und die Frage, wie viel Nettokohlenstoff sein Ansatz letztendlich entfernt.

Darüber hinaus wird das Unternehmen dem gleichen Risiko ausgesetzt sein wie andere junge Unternehmen im Bereich Kohlenstoffentfernung und -speicherung: Sie setzen darauf, dass große Konzerne weiterhin bereit sein werden, die hohen Rechnungen für die Reinigung der Atmosphäre zu bezahlen, und dass die Regierungen die notwendigen Richtlinien erlassen werden den teuren Sektor aufzubauen.

Der CEO von Charm, Peter Reinhardt, 32, leitete zuvor Segment, ein Unternehmen für Kundendatensoftware, das Twilio im Jahr 2020 für 3,2 Milliarden US-Dollar übernommen hat. Er begann, sich mit der CO2-Entfernung als Möglichkeit zum Ausgleich der Emissionen von Segment zu befassen und erkundete zunächst Möglichkeiten wie die Finanzierung des Regenwaldschutzes.

Im Jahr 2018 gründeten Reinhardt und drei andere Charm (eine Mischung aus „char“ und „farm“), um ein Unternehmen auf der Grundlage eines ihrer Meinung nach vielversprechenderen Ansatzes aufzubauen. Der ursprüngliche Plan bestand darin, Biomasse zu vergasen, ein ähnliches Verfahren wie die Pyrolyse, jedoch bei höheren Temperaturen, um Biokohle und Wasserstoff zu erzeugen. Sie erwarteten, dass Letzteres der wahre Geldverdiener sein würde.

Das Startup glaubt, dass sein Bioöl, sobald es in Synthesegas umgewandelt wird, dazu beitragen könnte, den schmutzigsten Industriesektor zu säubern.

Doch das Unternehmen stellte fest, dass die Abholung der Biomasse und der Transport zu einer zentralen Vergasungsanlage viel zu teuer sei, weil Biomasse „zu locker“ sei. Es ist sperrig, schwer und unhandlich, was die Handhabung und den Transport teurer macht – eine schmerzhafte Lektion, die Biokraftstoffunternehmen vor mehr als einem Jahrzehnt gelernt haben.

Im Jahr 2020 hatte der Chefwissenschaftler von Charm, Mitbegründer Shaun Meehan, eine zündende Idee: Wenn das Unternehmen bereit wäre, das zu tun, was Reinhardt als „halbherzige Vergasung“ beschreibt, also Bioöl anstelle von Wasserstoff zu gewinnen, könnte die Ausrüstung in die Rückseite passen ein Sattelauflieger. Dann könnte das Unternehmen bis zu den Bauernhöfen vorfahren und den Prozess am Rande der Felder durchführen.

Jetzt bezahlt Charm, das etwa 30 Mitarbeiter hat, Landwirte dafür, dass sie unerwünschtes Pflanzenmaterial, das nach der Ernte zurückbleibt, einsammeln dürfen. Es wird auch darüber nachgedacht, den gleichen Prozess mit Bäumen und Pflanzen durchzuführen, die aus Wäldern entfernt wurden – beispielsweise zur Brandverhütung oder nach Dürreperioden. Unabhängig davon hat das Unternehmen damit begonnen zu prüfen, ob es das entstehende Bioöl zur Reinigung der Stahl- und Eisenproduktion, dem schmutzigsten Industriesektor, verwenden kann (siehe entsprechende Geschichte).

Zu anderen Zeiten würde das Geschäftsmodell keinen Sinn ergeben (und vielleicht ist es auch in dieser Zeit nicht sinnvoll). Doch immer mehr Unternehmen sind bereit, die hohen Kosten für die Kohlenstoffentfernung und -speicherung zu zahlen, um ihre eigenen Emissionen auszugleichen, den Schwellenmarkt zu unterstützen oder als eine Form der Klimaphilanthropie. Bisher haben rund 40 Organisationen Tonnen von Umzugsgütern von dem Unternehmen gekauft.

Laut Reinhardt geht das Unternehmen davon aus, die Kosten durch die Ausweitung seiner Geschäftstätigkeit letztendlich auf 50 US-Dollar pro Tonne entferntes und gespeichertes Kohlendioxid zu senken. Zum einen ist der Aufbau einer Flotte von Sattelaufliegern geplant, die mit leistungsstarken und schnellen Pyrolysatoren aus eigener Entwicklung ausgestattet sind. Schließlich hofft das Unternehmen, auch eine Art Mähdrescher mit einer Pyrolyseeinheit zu entwickeln, der landwirtschaftliche Reste überall dort, wo sie auf den Feldern landen, aufnehmen und umwandeln kann, wodurch die Kosten für das Sammeln, Bündeln und Bewegen des Materials eingespart werden.

Der Ansatz von Charm zur Kohlenstoffentfernung und -speicherung bietet im Vergleich zu anderen Methoden mehrere Vorteile, sagen Beobachter.

Es verspricht, den Kohlenstoff für sehr lange Zeiträume zu binden, während Optionen wie das Pflanzen von Bäumen oder die Änderung landwirtschaftlicher Methoden, um mehr Kohlenstoff im Boden zu halten, schnell rückgängig gemacht werden können, wenn Bäume sterben oder Felder bestellt werden. Es verhindert Emissionen, die sonst unter vielen Umständen auftreten würden.

Und es kann einen Teil der Luftverschmutzung reduzieren, die mit der Verbrennung landwirtschaftlicher Nutzflächen einhergeht – was beispielsweise kalifornischen Landwirten zu bestimmten Zeiten erlaubt ist, um Obstgartenschnitt, Bäume, Unkraut und mehr zu entsorgen.

Das Unternehmen scheint „den Markt auf innovative Weise zu bedienen, die mehrere Bedürfnisse durch einen einzigen Eingriff erfüllt“, sagte Lauren Gifford, eine Postdoktorandin an der University of Arizona, die sich auf CO2-Ausgleich und Klima-Governance konzentriert, in einer E-Mail.

CarbonPlan, eine gemeinnützige Organisation aus San Francisco, die die Integrität von Methoden zur Kohlenstoffentfernung bewertet, bewertet den beschriebenen Ansatz von Charm ebenfalls hoch.

Die CO2-Bilanzierung und die Wirtschaftlichkeit des Unternehmens könnten jedoch stark von den betreffenden Pflanzen oder Bäumen abhängen und davon, was Land- oder Forstwirte sonst mit den Pflanzenresten gemacht hätten.

Maisanbauer beispielsweise sind auf erhebliche Mengen an Ernteresten angewiesen. Sie lassen es auf ihren Feldern, um Erosion zu verhindern und Wasser zurückzuhalten, und pflügen es unter, um dem Boden Nährstoffe und Kohlenstoff zurückzugeben.

Die optimale Vorhaltemenge ist schwer zu bestimmen: Sie hängt von der Fruchtfolge, den Bodenbedingungen, den Wetterverhältnissen, der Neigung des Feldes und anderen Faktoren ab. Aber Landwirte verfolgen im Allgemeinen einen konservativen Ansatz, um die Kosten synthetischer Nährstoffzusätze zu vermeiden, sagt Chad Hart, Professor für Wirtschaftswissenschaften an der Iowa State University.

„Sie versuchen, so viel wie möglich am Boden zu lassen“, sagt er.

Die zu Ballen gepressten Reste werden oft vor Ort als Ergänzungsfuttermittel für Rinder oder als Einstreu für Nutztiere verkauft.

Die Frage ist: Wie skalierbar wird der Ansatz von Charm langfristig sein, wenn Landwirte bereits einen Großteil dieses Materials verwenden und verkaufen?

Hart fügt hinzu, dass der Transport von Bioöl zwischen Farmen hauptsächlich in den Great Plains und Salzkavernen im Süden erhebliche Kosten verursachen könnte.

„Wird die Kohlenstoffmarktstruktur das unterstützen?“ er fragt.

Darüber hinaus könnte die wachsende Nachfrage nach Agrarresten den Preis in die Höhe treiben. Andere Unternehmen nutzen sie zur Herstellung von Kraftstoffen oder Strom in Anlagen, die die entstehenden Emissionen auffangen. Dazu gehören LanzaJet, Mote Hydrogen und ein Joint Venture zwischen Chevron, Schlumberger New Energy, Microsoft und Clean Energy Systems.

Es gibt auch Fragen zur Abhängigkeit von Charm von US-amerikanischen Salzkavernen und Injektionsbrunnen, die in der Vergangenheit trotz Aufsicht und Vorschriften immer wieder Lecks aufwiesen.

Das aus Pflanzenmaterialien hergestellte Bioöl hat eine andere Chemie als das derzeit in Salzkavernen gelagerte Erdöl und Erdgas, und es könnten jahrelange Arbeiten erforderlich sein, um nachzuweisen, dass es sicher und dauerhaft abgesondert werden kann, sagt Saeed Salehi, Professor für Erdöl und Geologieingenieurwesen an der University of Oklahoma, der sich auf Bohrlochintegrität und geologische Kohlenstoffspeicherung konzentriert.

„Ich glaube nicht, dass wir über genügend Daten oder etablierte Feldverwaltungspraktiken verfügen, um sagen zu können, dass dies 100 % sicher ist oder dass wir uns der gesamten Risiken voll bewusst sind“, sagt er.

Er glaubt, dass Charm auch erweiterte Genehmigungsverfahren mit der EPA oder anderen Regulierungsbehörden durchlaufen muss, bevor große Mengen Bioöl in diese Kavernen eingespeist werden können.

Reinhardt bestreitet die Transportbedenken und sagt, dass es in den USA zahlreiche Bohrlöcher oder Formationen gebe, die „auf Bioölinjektion umrüstbar sein sollten“, darunter viele im Mittleren Westen und in den Great Plains.

Er fügt hinzu, dass sich ein Großteil von Charms technischer Arbeit bisher auf die Kohlenstoffsequestrierung bezog, einschließlich Analysen zur Bestimmung der unterirdischen Chemie und Geologie, die sich am besten für die Verfestigung und Einlagerung des Bioöls eignet.

Er betont jedoch, dass Bioöl eine dichte Flüssigkeit ist, die bereits in den Regulierungsprozess für die Arten von Bohrlöchern und Kavernen passt, die Charm im Sinn hat, und dass das Unternehmen Best Practices und EPA-Anforderungen befolgt, um Leckagen zu verhindern. Um dem Unternehmen zu helfen, „die geeigneten Wege für eine sichere und dauerhafte Injektion zu entwickeln“, sagte er in einer E-Mail, habe es Berater engagiert, die in der Vergangenheit Injektionsbrunnen genehmigt, gebaut und betrieben hätten.

„Wir werden natürlich weiterhin in Feldmessungen, Labormessungen und Rechenarbeiten investieren, um unser Verständnis darüber, was im Untergrund vor sich geht, immer weiter zu verbessern“, fügte Reinhardt hinzu.

Dann ist da noch die Frage der Abwägung von Klimanutzen und -kosten.

Wie viel Nettokohlenstoff der Prozess speichert, hängt davon ab, was sonst mit dem Pflanzenmaterial passiert wäre. Beispielsweise können auch umgepflügte Pflanzen und Bäume, die zu Nutzholz verarbeitet werden, für bestimmte Zeiträume Kohlenstoff speichern. Darüber hinaus verursacht Charm seine eigenen Emissionen – zum Beispiel durch die Verwendung von Diesel zur Einleitung des Pyrolyseprozesses und den Transport von Bioöl mit Lastwagen.

Und die Mathematik wird in größeren Maßstäben nur noch komplizierter. Wenn Charm und andere Unternehmen große Mengen Maisreste aufkaufen, müssen Viehzüchter möglicherweise auf andere Quellen für kostengünstiges Futter umsteigen, einschließlich der für diesen Zweck angebauten Pflanzen. Sollte sich der Markt wirklich aufheizen, könnte dies sogar wirtschaftliche Anreize für Landwirte schaffen, ihre Betriebe auszuweiten.

Das Unternehmen müsste über alle dadurch freigesetzten Emissionen oder umgewandelten Flächen Rechenschaft ablegen.

Reinhardt sagt, dass Charm nur die Hälfte des landwirtschaftlichen Materials auf einem bestimmten Feld aufnehmen wird, und er weist darauf hin, dass die Ausbringung der resultierenden Biokohle und Asche auf den Feldern die Bodengesundheit verbessern wird. Er fügt hinzu, dass die konkurrierende Verwendung von Mais weiterhin von der Region abhängt, ein Großteil davon jedoch nicht verkauft oder untergepflügt wird, sodass er verrottet und Kohlendioxid freisetzt.

Er betont jedoch, dass Charm alternative Nutzungen, Landnutzungsänderungen und diese anderen Faktoren ordnungsgemäß berücksichtigen wird.

Die interne CO2-Berechnung des Unternehmens schätzt, dass der Prozess bei Verwendung eigener Pyrolysegeräte im Allgemeinen das Äquivalent von 0,85 Tonnen Kohlendioxid pro Tonne Biomasse entfernt. Laut Reinhardt wird Charm diese Zahlen im Laufe der Zeit verbessern, indem das Unternehmen zur Einleitung des Pyrolyseprozesses auf klimaneutrales Synthesegas anstelle von Diesel umsteigt, seine Pyrolysegeräte für die Umwandlung von Pflanzenmaterial in Bioöl optimiert und schließlich auf Elektrofahrzeuge umsteigt.

Robert Höglund von Marginal Carbon AB, einem auf Kohlenstoffentfernung und Klimapolitik spezialisierten Beratungsunternehmen, sagt, dass die Kunden von Charm heute stolze 600 US-Dollar pro Tonne zahlen, um den Ansatz anzukurbeln, und darauf wetten, dass das Unternehmen die Kosten senken kann . Er sagt jedoch, es sei nicht klar, ob sich die Methode von Charm im Laufe der Zeit als eine der effektivsten, skalierbarsten oder erschwinglichsten erweisen wird oder ob sie diese Biomasse optimal nutzen wird, da der Bedarf an immer mehr erneuerbaren Energiequellen wächst.

Es ist auch unwahrscheinlich, dass Unternehmen weiterhin genug CO2-Entfernung aufkaufen, um die Milliarden Tonnen pro Jahr zu erreichen, die letztendlich erforderlich sein könnten, um sowohl die Temperaturen auf dem Planeten zu stabilisieren als auch die neu entstehenden Unternehmen zu unterstützen, die Treibhausgase aus der Luft entfernen wollen.

Tatsächlich wetten Investoren und Startups darauf, dass Regierungen Gesetze erlassen werden, die diese Praktiken subventionieren, fördern oder vorschreiben. Reinhardt räumt ein, dass die Regierungspolitik für den Aufbau der Märkte für die CO2-Entfernung von entscheidender Bedeutung sein wird, die seinem Unternehmen und anderen das Gedeihen ermöglichen werden.

Er sagt, Charm arbeite daran, Gesetzgeber in Kalifornien und Washington, D.C. aufzuklären, und fordert eine stärkere Unterstützung des aufstrebenden Sektors sowie technologieneutrale Regeln, während Forscher und Unternehmen verschiedene Wege erkunden.

„Unternehmenskäufer wie Microsoft, Stripe und Shopify werden nur eine begrenzte Größe erreichen, und dann muss die Regulierung eingreifen“, sagte Reinhardt in einer E-Mail und fügte hinzu: „In diesem Bereich ist so viel Innovation passiert, und wir brauchen es einfach.“ um es zu entsperren."

Wärmebatterien könnten dazu beitragen, Emissionen zu reduzieren, indem sie neue Wege zur Nutzung von Solar- und Windenergie eröffnen.

Natriumbasierte Batterien könnten noch in diesem Jahr auf den Markt kommen, wenn die Unternehmen ihre Pläne umsetzen.

Helion, unterstützt von Sam Altman von OpenAI, hat Microsoft bereits als ersten Kunden ausgewählt.

Billigere Batterien könnten in Sicht sein.

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