Industrielle CO₂-Abscheidung gilt als notwendig, aber als zu teuer. Das Spin-off SEPARATIC der Universität Freiburg hat eine Membrantechnologie auf Graphenbasis entwickelt, die beides gleichzeitig angreift. Das Ziel ist CO₂-Abscheidung für unter 25 Franken pro Tonne.

Dr. Timur Ashirov wuchs in Tadschikistan auf, direkt neben dem TalCo-Aluminiumwerk. Die Emissionen waren keine abstrakte Grösse, sondern Alltag. Das prägte seinen Blick auf das Problem der industriellen Luftverschmutzung und führte ihn schliesslich an die Universität Freiburg, wo er sein Doktorat absolvierte und die Kerntechnologie hinter SEPARATIC erfand.

Was ihn antrieb, war nicht allein die Chemie. In Gesprächen mit der Industrie erkannte Timur, dass das eigentliche Hindernis für eine breite Dekarbonisierung nicht fehlende Technologie war, sondern fehlende Wirtschaftlichkeit. Die dominierenden Methoden zur CO₂-Abscheidung sind entweder energieintensiv, chemisch aggressiv oder schlicht zu teuer für eine breite industrielle Anwendung. Aminscrubbing, der heutige Industriestandard, benötigt über 100 Grad Celsius allein für die Lösungsmittelregeneration, arbeitet mit korrosiven Chemikalien und erzeugt toxischen Abfall. Konventionelle Polymermembranen brauchen Betriebsdrücke von 10 bis 20 Bar und massive Flächen, um industriellen Durchsatz zu erreichen.

Eine Membran, ein Atom dünn

SEPARATIC verändert die Geometrie des Problems. Herkömmliche Membranen sind mehrere Mikrometer dick. Für ein Gasmolekül ist das wie ein langer, überfüllter Korridor, durch den es sich mit Energieverlust vorwärts bewegt. Deshalb brauchen bestehende Systeme hohe Drucke und riesige Membranflächen.

Graphen ist ein zweidimensionales Gitter aus Kohlenstoffatomen und damit atomdünn. Der Korridor entfällt. Die Membran wirkt stattdessen als einzelnes atomares Gatter. Mit dem patentierten «Templated Plasma Etching»-Verfahren, Patent PCT/EP2024/086354, perforierten Timur und sein Team diese Graphenschicht mit hochdichten Poren kleiner als fünf Nanometer. Diese Poren funktionieren wie ein molekulares Sieb: CO₂ passiert mühelos, andere Gasmoleküle wie N₂ werden zurückgehalten.

Das Ergebnis übertraf die Erwartungen. Im Labor erreichte die Membran eine CO₂-Permeanz von 21’000 GPU bei einer CO₂/CH₄-Selektivität von 25. Kommerzielle Industriemembranen der neuesten Generation erreichen rund 1500 GPU bei vergleichbarer Selektivität. Das System arbeitet bei unter fünf Bar statt den üblichen 10 bis 20 Bar. Der physische Footprint schrumpft um den Faktor 20: Ein 10-Kubikmeter-System ersetzt, was Mitbewerber in einem 80-Kubikmeter-Container benötigen. Die Investitionskosten sinken um das Drei- bis Vierfache, die Betriebskosten um das Zwei- bis Sechsfache.

Vom Labor zur Holzverbrennungsanlage

SEPARATIC ist ein Spin-off der Universität Freiburg und hat bisher über 1,5 Millionen Franken an nicht-dilutiver Förderung erhalten, darunter Mittel von BRIDGE, Gebert Rüf InnoBooster, Peter Bopp Stiftung und Innosuisse. Der erste Pilot-Kunde ist Groupe E, ein regionaler Energieversorger. An einer Holzverbrennungsanlage in Freiburg soll das System unter realen Bedingungen validiert werden, mit dem Ziel einer CO₂-Rückgewinnungsrate von über 90 Prozent bei einer Reinheit von über 95 Prozent. Absichtserklärungen liegen ausserdem von Linde und Air Liquide sowie von Unternehmen aus den Bereichen Waste-to-Energy, Abwasserbehandlung und Chemie vor. Als Hochschulpartner ist die HEIA-FR eingebunden.

Die aktuelle Herausforderung ist die Skalierung. Bisherige Labormuster hatten eine Fläche von 50 Quadratzentimetern. Der nächste Schritt sind 400 Quadratzentimeter, mit dem Ziel von mindestens einem Quadratmeter für Kunden mit mehr als 50’000 Tonnen CO₂-Ausstoss pro Jahr. Graphen in dieser Konsistenz und Qualität über grosse Flächen herzustellen, ist nach eigenen Angaben des Teams Neuland. Dafür gibt es bislang keine Vorlage.

Ein Team zwischen Wissenschaft und Markt

Hinter SEPARATIC stehen vier Gründer. Dr. Timur Ashirov, CEO und Lead Inventor, hat sein Doktorat an der Universität Freiburg absolviert und wurde mit dem Swiss PhD Nanotechnology Award sowie dem ACS Global Outstanding Student in Polymer Science and Engineering Award ausgezeichnet. Prof. Ali Coskun, Co-Founder und Scientific Advisor, hat über 145 peer-reviewed Publikationen veröffentlicht und den Swiss Green and Sustainable Chemistry Award erhalten. A. Göktuğ Attar, Co-Founder und Head of R&D, bringt spezialisierte Erfahrung in der Graphen-Membranentwicklung von der EPFL mit. Vincent Racciatti, Co-Founder und CFO/COO, hat einen Master in Finance and Economics und über fünf Jahre Erfahrung im Supply Chain Management.

Das Geschäftsmodell sieht zunächst den Direktverkauf modularer Systeme mit Wartungsverträgen vor. Bis 2030 soll der Übergang zu einem Capture-as-a-Service-Modell vollzogen sein, bei dem SEPARATIC CO₂-Abscheidungsanlagen selbst betreibt und Einnahmen über den Verkauf von Carbon-Gutschriften generiert. Als ersten internationalen Schritt plant das Unternehmen eine Anlage in Brasilien.

Timur wuchs mit dem Geruch einer Fabrik auf, die niemand stoppte, weil es zu teuer schien. SEPARATIC baut die Technologie, die dieses Argument entkräften soll.

Bildlegende: Gründer Team (von Links): Prof. Ali Coskun, Dr. Timur Ashirov, Vincent Racciatti und A. Göktuğ Atta (Credit Photos: Florence Valenne)