Einblick in die Hydrochar-basierte Kohlenstoffspeicherung mit Recoal

Während der Climate Week Zurich organisierte unser Mitglied Recoal einen ersten Besuch seiner Carbon-Removal-Speicheranlage in der unterirdischen Forschungsinfrastruktur des VersuchsStollen Hagerbach (VSH) in Flums. Die Exkursion bot eine seltene Gelegenheit zu sehen, wie permanente Kohlenstoffspeicherung – insbesondere von Hydrochar – in der Praxis aussehen kann. Im Mittelpunkt stand das HyLock-Projekt, ein Pilotvorhaben zur Speicherung von kohlenstoffreichem Hydrochar, das aus feuchten Biomasserückständen mittels hydrothermaler Karbonisierung (HTC) hergestellt wird.

Was ist Recoal?

Recoal ist ein Schweizer Start-up, das 2023 gegründet wurde und einen Biomass Carbon Removal and Storage (BiCRS)-Ansatz entwickelt. Dabei werden feuchte Biomasserückstände in ein stabiles, kohleähnliches Material namens Hydrochar umgewandelt und anschliessend dauerhaft unterirdisch gespeichert. Im Gegensatz zu vielen anderen Carbon-Removal-Verfahren, die trockene Biomasse oder energieintensive Vorbehandlungen erfordern, ist Recoals System speziell für feuchte Biomasse ausgelegt. Das bedeutet, dass das Ausgangsmaterial nicht getrocknet werden muss. Dies ist ein wesentlicher Vorteil, da feuchte Biomasse häufig als wenig genutzter Reststoff aus Biogas- und Agrarsystemen anfällt und nur begrenzte alternative Verwendungsmöglichkeiten hat.

Wie funktioniert die Technologie?

Der Prozess von Recoal basiert auf drei Hauptschritten:

1. Feuchte Biomasse als Ausgangsmaterial: Das System nutzt feuchte Biomasserückstände (oft mit einem Wassergehalt von über 30 %), darunter Nebenprodukte aus Biogas-Fermentationsprozessen. Diese Stoffströme sind häufig schwer anderweitig nutzbar, wodurch Nutzungskonflikte reduziert werden. 

Wichtig ist dabei die Kaskadennutzung der Biomasse: Zunächst wird Energie in Form von Biogas gewonnen, anschliessend dient die verbleibende Biomasse als Kohlenstoffsenke durch dauerhafte Speicherung.

1. Hydrothermale Karbonisierung (HTC): Durch den Einsatz von Wärme und Druck wird die feuchte Biomasse in Hydrochar umgewandelt – ein kohlenstoffreiches und stabiles Material, das in seiner Struktur natürlichen Kohlebildungsprozessen ähnelt. Im Gegensatz dazu ist Biochar ein kohlenstoffreiches Material, das durch Pyrolyse trockener Biomasse unter Sauerstoffausschluss und hohen Temperaturen hergestellt wird.
2. Langfristige unterirdische Speicherung: Das Hydrochar wird anschliessend versiegelt und in speziell konzipierten unterirdischen Kavernen eingelagert. Jede Charge wird einzeln verpackt und durch technische Barriersysteme geschützt. Im VSH erfolgt die Speicherung in einem rund 1'500 m² grossen Kaverensystem („Caterpillar Cavern“), das im Verlauf des Pilotprojekts schrittweise mit Hydrochar-Chargen von Recoal befüllt wird.

Wie sieht das HyLock-Pilotprojekt aus?

Sobald das Hydrochar produziert wurde, stellt sich die Frage, wie es sicher unter Tage gespeichert werden kann. Das HyLock-Speichersystem basiert auf einem Multi-Barrieren-Ansatz, der geologische und technische Sicherheitsebenen kombiniert, um sicherzustellen, dass das Hydrochar dauerhaft eingeschlossen bleibt. Die Kaverne selbst bietet durch den geringen Grundwasserfluss und die eingeschränkte Belüftung bereits einen natürlichen Schutz. Dieser wird zusätzlich durch eine hydraulische Barriere mit geringer Durchlässigkeit verstärkt. Darüber hinaus wird jede Hydrochar-Charge vor der Einlagerung luftdicht versiegelt. Das Speichersystem wird durch ein kontinuierliches Monitoring ergänzt, das Grundwasserbedingungen und Gasdiffusion überwacht, um mögliche Auffälligkeiten frühzeitig zu erkennen. 

Als Forschungsinfrastruktur spielt der VersuchsStollen Hagerbach eine zentrale Rolle bei der schrittweisen Erprobung und Weiterentwicklung des Speicherkonzepts unter realen Untergrundbedingungen. Das HyLock-Pilotprojekt ist als Demonstrationsvorhaben für mindestens 650 tCO₂eq Bruttospeicherung ausgelegt. Dieser Wert beschreibt die insgesamt physisch gespeicherte Kohlenstoffmenge vor Abzug von Lebenszyklus-Emissionen wie Transport oder Produktion. Da es sich um ein Pilotprojekt handelt, können die endgültige Verpackungskonfiguration und die Systemgrenzen im Verlauf der Umsetzung noch angepasst werden.

Als Richtwert gilt: 1 m³ komprimiertes Hydrochar entspricht etwa 1 tCO₂eq gespeicherter Kohlenstoffmenge (brutto), wobei ein grosser Lagerungssack rund 500 kg CO₂eq enthält.

Der VersuchsStollen Hagerbach ist eine Forschungs- und Demonstrationsanlage und keine kommerzielle Speicherstätte. Dadurch eignet sich der Standort besonders für frühe Entwicklungsphasen:

• Kontrollierte Untergrundbedingungen
• Hohe Expertise im Untertagebau und der Untergrundtechnik
• Flexibilität für experimentelle Speicherkonzepte
• Möglichkeit zur Erprobung von Monitoring-Systemen unter realen Bedingungen

Für Recoal bietet dies die Chance, langfristige Speicherkonzepte vor einer Skalierung zu validieren. Als beherrschbare Risiken gelten beispielsweise das Versagen einzelner Verpackungen oder lokale Probleme mit Barriersystemen. Diese Risiken werden durch ein kompartimentiertes Speicherkonzept, ein mindestens 30-jähriges Monitoringprogramm für die Kaverne und die umliegenden Grundwasserleiter sowie die Möglichkeit einer Rückholung und Wiederaufbereitung im Extremfall adressiert.

Von der Idee zum Start-up

Der Weg von Recoal vom Konzept bis zum Pilotprojekt wurde durch das Zusammenspiel von Finanzierung, Wissenschaft und einem unterstützenden Innovationsökosystem ermöglicht.

• Finanzierung und institutionelle Unterstützung: Die frühe Entwicklungsphase und die Pilotumsetzung wurden durch den Migros-Pionierfonds, die Klimastiftung Schweiz, das KlimUp-Programm der Stadt Zürich sowie durch Innosuisse-Fördermittel für das HyLock-Pilotprojekt unterstützt. Diese Beiträge waren entscheidend, um den Schritt von der Konzeptentwicklung zur praktischen Demonstration zu ermöglichen.
• Starkes wissenschaftliches Umfeld: Die enge Zusammenarbeit mit ETH Zürich, TU Delft, ZHAW, FHNW, OST und Empa bringt sowohl wissenschaftliche Tiefe als auch anwendungsorientierte Forschungskompetenz ein und stellt sicher, dass das System auf einer soliden wissenschaftlichen Grundlage basiert. Der VersuchsStollen Hagerbach ist zudem als Forschungsinfrastruktur von nationaler Bedeutung anerkannt.
• Verifizierung und Integritätsrahmen: Partnerschaften wie jene mit Rainbow Standard unterstützen die Entwicklung von Methoden und MRV-Systemen (Monitoring, Reporting und Verification) und tragen dazu bei, Glaubwürdigkeit und Transparenz des Carbon-Removal-Ansatzes sicherzustellen.
• Vorteile des Schweizer Ökosystems: Die Schweiz vereint klare Netto-Null-Ziele, eine starke Nachfrage nach CDR-Lösungen aus der Wirtschaft sowie die Nähe zu wichtigen Finanz- und Nachhaltigkeitsakteuren. Dadurch entsteht ein förderliches Umfeld für die frühe Skalierung innovativer Carbon-Removal-Technologien.

Ausblick: Die nächsten Schritte

Obwohl sich das HyLock-Pilotprojekt bereits in der Umsetzungsphase befindet, wird Recoal Mitte 2026 mit der Einlagerung von Hydrochar beginnen. Die Speicherkaverne soll bis Ende 2027 oder Anfang 2028 ihre volle Kapazität erreichen. Nach Abschluss der Pilotphase liegt der Fokus auf kommerziellen Anlagen mit einer Zielkapazität von rund 5'000 tCO₂ pro Jahr und Standort. Langfristig strebt Recoal eine Skalierung auf insgesamt 1 Million Tonnen CO₂ pro Jahr über mehrere Standorte hinweg an. Die weitere Entwicklung umfasst zudem grössere Einlagerungssysteme mit Einzeldeponien sowie eine Diversifizierung der Speicherstandorte, während die Technologie den Übergang von der Demonstrationsphase zur industriellen Anwendung vollzieht.