Life cycle and economic assessment of CO2 mineralization pathways in Austria

Abstract

In Österreich belaufen sich die jährlichen CO2-Emissionen auf etwa 73 Millionen Tonnen und tragen somit erheblich zur Konzentration von Treibhausgasen bei. Diese Studie bewertet die ökologische und wirtschaftliche Machbarkeit von zwei Prozessen der Kohlenstoffmineralisierung in Österreich: (1) die Nutzung von biogenem CO2 aus der Biogasaufbereitung mit rezyklierten Betonzuschlagstoffen (RCA) und (2) die Karbonatisierung von Stahlwerksschlacke unter Verwendung von prozessgeneriertem CO2 aus der Stahlproduktion. Ein kombiniertes Rahmenwerk aus Lebenszyklusanalyse (LCA) und techno-ökonomischer Analyse (TEA) wurde angewendet, um diese Prozesse zu bewerten, wobei der Fokus auf wesentlichen Betriebsparametern wie RCA-Partikelgröße, CO2 Druck und Stromquellen lag. Für die Mineralisierung von biogenem CO2 zeigen die Ergebnisse, dass gröbere RCA-Fraktionen (2–4 mm) das geringste Treibhauspotenzial (GWP) von 0,12 kg CO2-Äquivalent pro kg mineralisiertem CO2 aufweisen, was auf den reduzierten Energieaufwand beim Zerkleinern zurückzuführen ist. Die wirtschaftliche Tragfähigkeit ist jedoch stark abhängig von den Kosten des RCA und dem Produktwert. Die nivellierten Kosten liegen bei opti malen Bedingungen (60 bar Druck, keine RCA-Kosten und 0,1 kg/s CO2) bei 127,7 EUR pro Tonne CO2. Die Karbonatisierung von Stahlwerksschlacke zeigte ein GWP von 0,023 kg CO2-Äquivalent pro kg mineralisiertem CO2, mit nivellierten Kosten von 126,59 EUR/Tonne im Basisszenario (100 kg CO2/h) und 16,10 EUR/Tonne für eine großtechnische Anlage (z. B. Voestalpine Linz), was die entscheidende Rolle von Skaleneffekten unterstreicht. Sensitivitätsanalysen betonten die Bedeutung von Energiekosten und Skaleneffekten. Beide Prozesse bieten ein erhebliches Potenzial zur CO2-Abscheidung, ihre Umsetzung hängt jedoch stark von politischen Maßnahmen wie einer CO2-Bepreisung (>65 EUR/Tonne), subventionierter Energie sowie der Wertschöpfung von Nebenprodukten (z. B. Calciumcarbonat) ab. Die Studie hebt die Abwägung zwischen ökologischen Vorteilen und wirtschaftlicher Umsetzbarkeit hervor und liefert konkrete Erkenntnisse zur Skalierung von Technologien zur Kohlenstoffmineralisierung in industriellen Anwendungen.

In Austria, annual CO2 emissions are approximately 73 million tons, significantly contributing to greenhouse gas concentrations. This study evaluates the environmental and economic feasibility of two carbon mineralization processes in Austria: (1) the utilization of biogenic CO2 from biogas upgrading with recycled concrete aggregates (RCA), and (2) the carbonation of steel slag using process-generated CO2 from steel production. A combined life cycle assessment (LCA) and techno-economic analysis (TEA) framework was applied to assess these processes, focusing on key operational parameters such as RCA particle size, CO2 delivery pressure, and electricity sources. For biogenic CO2 mineralization, results indicate that coarser RCA fractions (2–4 mm) yield the lowest global warming potential (GWP) of 0.12 kg CO2-eq per kg CO2 mineralized, driven by reduced crushing energy. However, economic viability is highly sensitive to RCA costs and product value, with levelized costs ranging from 127.7 EUR/ton CO2 at optimal conditions (60 bar pressure, zero RCA cost and for 0.1 kg/s CO2). Steel slag car bonation demonstrated a GWP of 0.023 kg CO2-eq per kg CO2 mineralized, with levelized costs of 126.59 EUR/ton for base case (100 kg CO2/h) and 16.10 EUR/ton for large-scale plant (e.g., Voestalpine Linz), highlighting the critical role of economies of scale. Sensitivity analyses highlighted the dominance of energy costs and economies of scale. While both processes offer significant CO2 sequestration potential, their deployment hinges on policy support for carbon pricing (>65 EUR/ton), subsidized energy, and valorisation of by-products (e.g., calcium carbonate). The study underscores the trade-offs between en vironmental benefits and financial feasibility, providing actionable insights for scaling car bon mineralization technologies in industrial applications.