Innovatives Verfahren könnte CO2-Problem lösen
Eine US-Forschergruppe hat eine neue Methode entwickelt, um CO2 aus der Luft abzuscheiden und ins Meer als Speicherort zu überführen. Das Besondere ist die hohe Wirksamkeit der Filter. Sie zeigen auch schon bei geringen Kohlenstoffdioxid-Konzentrationen sehr gute Ergebnisse. Im großen Stil eingesetzt könnten sie erheblich zu einer Verbesserung der Atmosphäre beitragen.
Der CO2-Ausstoß ist weiter gestiegen. Ein neues Verfahren könnte dabei helfen, das Gas aus der Atmosphäre zu entfernen.
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Arup SenGupta hat eine Vision. Er ist Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik sowie für Bau- und Umwelttechnik am P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science der US-amerikanischen Lehigh University, und sein Wissen will er einsetzen, um Technologien zu entwickeln, die der gesamten Gesellschaft weiterhelfen. Etwas dramatischer drückt er es selbst aus: „Es geht darum, die Welt zu retten.“ Sein neuer kupferhaltiger Polymerfilter könnte tatsächlich dazu beitragen. Denn er hat das Potenzial, erhebliche Mengen Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre zu entfernen und somit den Klimawandel zu begrenzen.
Direct Air Capture für CO2 effizienter gestalten
„Die Klimakrise ist ein internationales Problem“, sagt SenGupta. „Wir brauchen Filter-Technologien, die von Menschen auf der ganzen Welt eingesetzt werden können.“ Sein Fokus liegt dabei auf Kohlenstoffdioxid, weil CO2 unter den klimaschädlichen Gasen mengenmäßig am stärksten vertreten ist. Dabei ist es trotz aller Bemühungen auf globaler Ebene noch nicht gelungen, die Emissionen zu reduzieren. Im Gegenteil: Im Jahr 2021 stiegt der weltweite CO2-Ausstoß laut der Internationalen Energieagentur im Vergleich zum Vorjahr um 6% auf 36,3 Gigatonnen.
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Das Intergovernmental Panel on Climate Change mit Sitz in der Schweiz geht davon aus, dass die durchschnittliche Erderwärmung in den nächsten 20 Jahren bei mindestens 1,5 Grad Celsius liegen wird. Für Experten und Expertinnen ist daher klar, dass es nicht ausreichend sein kann, künftige Emissionen zu reduzieren. Parallel arbeiten Forschende daran, CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen. Als besonders vielversprechend gilt dabei das Verfahren Direct Air Capture (DAC), mit dem Kohlenstoffdioxid im Prinzip an jedem Ort aus der Luft gefiltert werden kann. Das passiert über verschiedene chemische Prozesse. Bislang war das Problem jedoch die geringe Effizienz des Verfahrens. Anders gesagt: Die Energiekosten sind im Verhältnis zur herausgefilterten Kohlenstoffdioxid-Menge zu hoch.
DAC ist noch mit einer weiteren Herausforderung verbunden, nämlich der Lagerung des Klimagases. Das abgeschiedene CO2 wird gelöst, komprimiert und in der Regel kilometerweit unter der Erde gelagert. Das ist nicht ideal, weil es aufwendig und teuer ist. Außerdem kommen dafür nur bestimmte Regionen infrage. Weitere Speicherlösungen sind in der Erprobung, und auch SenGupta will einen alternativen Weg gehen.
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Kupfer verbessert Filter für Kohlenstoffdioxid
Für beide Probleme haben der Wissenschaftler und sein Team eine Lösung gefunden. Als Erstes haben sie einen neuen Filter für die CO2-Abscheidung entwickelt: DeCarbonHIX. Dabei handelt es sich um ein mechanisch starkes, chemisch stabiles Sorptionsmittel, das Kupfer enthält.
„Das Kupfer verändert eine intrinsische Eigenschaft des ursprünglichen Polymermaterials und erhöht dadurch die CO2-Aufnahmekapazität um 300%“, sagt der Forscher. „Der Filter ist bei jeder Konzentration vollständig gesättigt, unabhängig vom jeweiligen Kohlenstoffdioxid-Gehalt in der Luft. Das bedeutet, dass man die DAC-Anlage im Hinterhof, mitten in der Wüste oder im Ozean betreiben könnte.“
Apropos Ozean: Er soll das Speicherproblem lösen. Der neue DAC-Prozess beginnt damit, dass Luft durch den kupferhaltigen Filter geblasen wird, um CO2 abzuscheiden. Sobald der Filter mit Gasmolekülen gesättigt ist, wird Meerwasser durch den Filter geleitet. Das Meerwasser wandelt das Kohlendioxid in Natriumbicarbonat um. Das gelöste Natriumbikarbonat wird dann direkt in den Ozean abgegeben, wo es verbleibt.
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Laut des Forschers entsteht daraus eine Win-Win-Situation für die Umwelt. Denn einerseits werde die Atmosphäre von CO2 befreit, andererseits könne das Natriumbicarbonat der stetigen Versauerung des Ozeans entgegenwirken, die indirekt ebenfalls eine Folge der klimaschädlichen Gase sei.
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