Ein entscheidender Faktor aller DAC-Anlagen ist ihr Energiebedarf. Pro Tonne CO₂ liege der Stromverbrauch des gesamten Prozesses, so eine Faustregel, bei etwa einer Megawattstunde, sagt Marc-Simon Löffler vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW). Hinzu kommen bei den meisten Verfahren etwa drei Megawattstunden an thermischer Energie. „Der Energieverbrauch und die Kosten pro Tonne CO₂ sind bei den verschiedenen Verfahren recht ähnlich“, so Löffler.

Damit lässt sich DAC nur in Ländern wirtschaftlich nutzen, in denen die Energie entsprechend günstig ist. Nähme man den durchschnittlichen Strompreis am Spotmarkt der deutschen Strombörse von rund 10 Cent pro Kilowattstunde, würden für jede Tonne CO₂ alleine rund 100 Euro Stromkosten anfallen – zuzüglich Netznutzung und Wärme, sofern keine Abwärme genutzt werden kann. Die gesamten Kosten bezifferte das Institut für Mikroverfahrenstechnik am KIT in Karlsruhe 2020 auf 125 bis 800 Euro pro Tonne. Auch 2050 werde man noch mit einem Gesamtenergieverbrauch von 1,4 bis 2,5 Megawattstunden pro Tonne rechnen müssen, ergaben Recherchen des Instituts. Die erhofften Fortschritte ergeben sich durch effizientere Komponenten und optimierte Prozesse. Bis 2050 könnten die Gesamtkosten dann auf 42 bis 82 Euro je Tonne sinken – wenn dafür billiger Strom in ausreichenden Mengen vorhanden wäre.

Unterdessen geht auch die Entwicklung grundsätzlich neuer DAC-Verfahren weiter. Das 2020 gegründete israelische Unternehmen Repair Carbon will eine DAC-Technik entwickelt haben, die 70 Prozent weniger Energie verbraucht als jene von Climeworks. Unternehmen wie Shell und Equinor haben sich bereits an der Firma beteiligt. Die Anlage komme mit 650 Kilowattstunden Strom pro Tonne CO₂ aus, erklärt die Firma. Das Verfahren benötige keine zusätzliche Wärme.

Der Prozess ist von Brennstoffzellen inspiriert. Die Anlage besteht aus zwei identischen Elektroden – Kathode und Anode – getrennt durch eine selektive Membran. Im ersten Schritt wird Umgebungsluft in die Kathodenkammer gesaugt. Dort entstehen durch den Strom Hydroxid-Ionen (OH^–), die mit den CO₂-Molekülen Bicarbonat-Ionen (HCO₃^–) bilden. Allein diese Ionen können die selektive Membran zur Anode passieren, wo die Bindung wieder aufgebrochen und reines CO₂ frei wird. Solche Zellen liegen in der Anlage als Stapel vor, um die Kapazitäten zu erhöhen.

Der Baustoffproduzent Holcim hat an seinem Zementwerk im niedersächsischen Höver eine ähnliche Membrananlage des britischen Unternehmens Cool Planet Technologies getestet – mit „guten Ergebnissen“, wie es heißt; eine Anschlussförderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz wurde im Juli bekannt gegeben.

Wissenschaftlich begleitet wird das Projekt vom Helmholtz-Zentrum Hereon in Geesthacht. Torsten Brinkmann, Verfahrenstechniker am Hereon, hebt als Vorteil der Membranverfahren einen geringeren Energieverbrauch hervor; ein Nachteil sei hingegen, dass das CO₂ nicht so rein sei wie etwa bei der Aminwäsche. Bevorzugter Einsatz der Membranverfahren seien ohnehin Gasströme mit hohem CO₂-Gehalt. Bei den atmosphärischen Konzentrationen funktioniere das nur mit Hilfsmitteln, wie etwa extremer Verdichtung.

Ob DAC energetisch sinnvoll ist, bemisst sich immer auch an den Alternativen: Jede Kilowattstunde Wind- oder Solarstrom, die unmittelbar eine Kilowattstunde Kohlestrom ersetzt, ist dort immer besser genutzt als zur Entfernung des entstandenen Treibhausgases. Deswegen werden DAC-Verfahren vor allem langfristig sinnvoll sein, wenn keine fossilen Energieträger mehr verbrannt werden.

Eine ähnliche Rechnung kann man auch aus wirtschaftlicher Sicht aufmachen. Denn CO₂ hat in der EU einen Preis, der sich aus dem Emissionshandel ergibt. In der europäischen Volkswirtschaft kostet es derzeit etwa 80 Euro, die Entstehung einer Tonne CO₂ zu vermeiden. Volkswirtschaftlich gesehen würde DAC also erst dann sinnvoll, wenn es die Emissionsrechte preislich unterbietet.

Außerdem stellt sich bei DAC stets die Frage, ob man das CO₂ nicht besser aus dem Abgasstrom von Verbrennungsanlagen abgreift, wo es in weitaus höheren Konzentrationen vorliegt als in der Atmosphäre mit einer Konzentration von 0,04 Prozent – und entsprechend einfacher gewonnen werden kann. Diese Verfahren arbeiten meist ähnlich wie DAC, wenn es sich um Post-Combustion-Prozesse handelt, also solche, die nach der Verbrennung ansetzen. Aber es gibt auch die Möglichkeit, Kohlenwasserstoffe wie Gas oder Kohle mit reinem Sauerstoff zu verbrennen, womit man im Idealfall nur CO₂ und Wasser erhält (Oxyfuel-Verfahren).