Kraftstoffe aus CO2: Forschende lassen sich von der Lotuspflanze inspirieren
Innovative CO2-Umwandlung: Forschende nutzen Lotuspflanzen-Technologie zur effizienten Herstellung von Kraftstoffen und Chemikalien.
An der Lotuspflanze perlt Wasser einfach ab, dieses Prinzip haben sich Forschende bei einer neuen Methode der CO2-Umwandlung zunutze gemacht.
Foto: PantherMedia / stedenmi
Die steigende Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre ist eine Geißel unserer Zeit. Zahlreiche Forschungsteams auf der ganzen Welt arbeiten an Lösungen, um CO2 zu reduzieren. Wir schauen uns eine Methode an, bei der die Lotuspflanze als Vorbild dient. Sie wurde von Forschenden der University of Central Florida (UCF) unter der Leitung von Yang Yang entwickelt. Das von der Natur inspirierte Filter- und Umwandlungssystem kann CO2 aus der Atmosphäre entnehmen, um daraus Kraftstoffe und Chemikalien herzustellen.
Die Idee mit der Lotuspflanze
Yang Yang, außerordentlicher Professor am NanoScience Technology Center der UCF, ließ sich von der hydrophoben Oberfläche der Lotuspflanze inspirieren. Diese Oberfläche stößt Wasser schnell ab und diente dem Forscherteam als Vorbild für die Entwicklung einer Mikrooberfläche, die CO2 effizient aus der Luft einfängt. Die Technologie kombiniert einen Zinnoxidfilm mit einer Fluorschicht, die eine selektive Umwandlung von CO2 in Kohlenmonoxid und Ameisensäure ermöglicht. Diese Stoffe sind wichtige Bausteine für die Herstellung einer Vielzahl von Chemikalien.
Die Natur liefert oft die besten Lösungen für technische Herausforderungen. Yang: „Als Wissenschaftler lernen wir immer von der Natur. Die Lotuspflanze hat uns gezeigt, wie wir Wasser und andere unerwünschte Stoffe aus der CO2-Umwandlungsreaktion heraushalten können“. Der Clou: Mit dieser Methode lässt sich kontrollieren, wie viel Wasser auf der Oberfläche des Materials verbleibt. Dies ist entscheidend, um die Effizienz des Umwandlungsprozesses zu maximieren.
Spezielle Elektrode leitet CO2 in eine flüssige Umgebung
Kernstück der von Yang entwickelten Technologie ist eine spezielle Elektrode, die das eingefangene CO2 in eine flüssige Umgebung einleitet. Hier findet die so genannte elektrokatalytische CO2-Reduktionsreaktion statt. Je nach verwendetem Katalysator entstehen verschiedene kohlenstoffhaltige Chemikalien wie Methanol, Ethylen oder Propanol. Diese Chemikalien können direkt in der Industrie eingesetzt werden, was den Bedarf an fossilen Rohstoffen weiter reduziert.
Ein besonderer Schwerpunkt der Forschung lag auf der Reduzierung der Wasserstoffbildung, die die Effizienz des gesamten Prozesses beeinträchtigen kann. „Wenn zu viel Wasser die Materialien umgibt, kann es passieren, dass wir statt wertvoller Chemikalien nur Wasserstoff produzieren“, erklärt Yang. Die speziell entwickelte Materialoberfläche verhindert jedoch, dass Wasser die Reaktion dominiert. So lässt sich die Energieeffizienz deutlich steigern und der Stromverbrauch optimieren.
Yang Yang arbeitet mit einem Gerät, das zur Entwicklung seiner Dreiphasentechnologie zur Abscheidung und Umwandlung von Kohlendioxid beigetragen hat.
Foto: Antoine Hart
Potenzial für großflächige Anwendungen
Das Forschungsteam rund um Yang glaubt, dass die Technologie weitreichende Anwendungen finden könnte, insbesondere in Kraftwerken und industriellen Anlagen, wo große Mengen an CO2 anfallen. Der Einsatz dieser Technologie könnte nicht nur dazu beitragen, den CO2-Fußabdruck solcher Anlagen zu reduzieren, sondern auch eine wertvolle Quelle für chemische Grundstoffe bieten.
Ein weiterer Vorteil dieser Technologie ist ihre Flexibilität. Sie kann mit erneuerbaren Energiequellen wie Solar- oder Windenergie betrieben werden, was sie besonders nachhaltig macht. „Wir können intermittierende Elektrizität nutzen, um CO2 in nützliche Produkte umzuwandeln“, sagt Yang. Dies macht die Technologie zu einer spannenden Lösung, um den Übergang zu einer CO2-neutralen Wirtschaft zu beschleunigen.
Obwohl die bisherigen Ergebnisse vielversprechend sind, steht das Forschungsteam noch am Anfang der Entwicklung. Yang plant, die Technologie weiter zu skalieren und größere Prototypen zu entwickeln, um die Machbarkeit der CO2-Umwandlung im industriellen Maßstab zu demonstrieren. „Unser Ziel ist es, einen Prototyp zu entwickeln, der zeigt, wie schnell und effizient wir CO2 in wertvolle Chemikalien und Kraftstoffe umwandeln können“, betont Yang.
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