Hoffnung auf CO₂-Speicherung zum Nullpreis
Hoffnung auf CO₂-Speicherung zum Nullpreis
welt.de: CO₂-Speicherung direkt aus der Luft klingt genial, scheitert bislang jedoch am Energieaufwand. Forscher suchen deshalb nach passiven Methoden. Neue Filter-Materialien könnten Kohlendioxid im Tag- und Nacht-Rhythmus „atmen“ – wie künstliche Bäume.
Allein durch den Wechsel der Luftfeuchtigkeit und speziellen Materialien lässt sich Kohlendioxid (CO₂) aus der Luft ziehen. Bei der Technik wird unter trockenen Bedingungen CO₂ an einer Oberfläche gebunden. In feuchter Luft löst es sich ab und kann aufgefangen werden. Dafür wurden bislang spezielle Kunstharze verwendet. Das Team um Benjamin Shindel und John Hegarty von der Northwestern University in Evanston – Illinois, USA – konnte diese durch günstigere und leichter verfügbare Materialien ersetzen.
Trotz vielfältiger Anstrengungen überall auf der Welt, den Ausstoß von CO₂ zu reduzieren und die Erderwärmung aufzuhalten, werden weiter Technologien benötigt, die CO₂ aus der Luft entfernen. Denn in einigen Bereichen, zum Beispiel bei der Zementherstellung, bei Flugverkehr oder in der Landwirtschaft, wird es kaum möglich sein, ohne CO₂-Emissionen auszukommen. Es gibt mittlerweile eine Vielzahl an Technologien, um CO₂ aus der Luft zu entfernen – Direct Air Capture, DAC –, doch die meisten sind teuer oder energieaufwendig oder beides.
Dem Weltklimarat nach müssten bis 2050 jährlich bis zu 13 Milliarden Tonnen CO₂ aus der Luft gefiltert werden. Noch kostet das pro Tonne CO₂ jedoch etwa 1000 US-Dollar. Zwar wird allgemein darauf gehofft, dass die Kosten pro Tonne künftig auf 100 bis 300 US-Dollar sinken. Neuere Studien etwa der ETH Zürich gehen allerdings eher von 230 bis 540 US-Dollar.
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Der energieaufwendige – und damit kostenintensive – Schritt ist in DAC-Verfahren das eingefangene CO₂ wieder von den Filter-Materialien abzuscheiden. Die Luftfeuchtigkeit zu nutzen, um CO₂ anzuziehen und abzustoßen, könnte dagegen einmal eine günstigere Alternative darstellen. Pro Tonne gefiltertem CO₂ könnte damit mehr Energie gespart werden, als ein US-Haushalt in einem Monat verbraucht.
Bislang nur theoretisch erfolgreich
Die dafür benötigte Luftfeuchtigkeit könnte sogar ganz ohne Energieverbrauch gewonnen werden, indem natürliche Feuchtigkeitsgradienten genutzt werden. Beispielsweise unterschiedliche Luftfeuchtigkeit zwischen Innen- und Außenbereichen oder zwischen Tag und Nacht, schreibt das Team im Fachjournal „Environmental Science & Technology“. Die Methode „moisture-swing carbon capture“ ist jedoch noch im Versuchsstadium und die Palette der Materialien, die genutzt werden könnten, noch weitgehend unerforscht.
Eine großflächige Anwendung der Technologie scheiterte den Forschern zufolge an den bisher verwendeten Materialien. Die Studienautoren untersuchten deshalb acht leicht verfügbare Materialien darauf, inwiefern sie sich für das Verfahren eignen. Im Ergebnis zeigten Aluminiumoxid und Aktivkohle unter diesen Materialien die schnellste Reaktionsgeschwindigkeit, während Eisenoxid und nanostrukturierter Grafit das meiste CO₂ abscheiden konnten.
Für die Versuche war es notwendig die Luftfeuchtigkeit ohne Änderungen der Lufttemperatur einstellen zu können. Das Team baute dafür eine Apparatur, in der mittels einer Pumpe Luft durch eine Probenkammer geleitet wurde. Zwischen Pumpe und Probenkammer befand sich ein kleines Becken mit 20 Milliliter Wasser, dessen Temperatur eingestellt werden konnte. Bei drei Grad Celsius herrschte in der Probenkammer eine Luftfeuchtigkeit von 20 Prozent, bei 20 Grad eine Luftfeuchtigkeit von 65 Prozent – ohne Änderung der Lufttemperatur.
Hinter der Probenkammer maß ein Infrarot-Gasanalysator die Menge des CO₂, die sich unter feuchten Bedingungen von der Materialoberfläche löste. Bei den Versuchen stellten die Forscher für zwei Stunden eine niedrige und für zwei Stunden eine hohe Luftfeuchtigkeit ein.
CO₂-Abscheidung noch in der Anfangsphase
Bei ihren Experimenten entdeckten die Forscher, dass die Größe der winzigen Poren in den Materialien eine entscheidende Rolle spielt. Die Poren vergrößern die Oberfläche, an der CO₂ andocken werden kann. Damit das CO₂ effizient gebunden und wieder abgelöst werden kann, sollten die Poren zwischen 5 und 15 Nanometer (Millionstel Millimeter) groß sein. Das gilt unabhängig vom verwendeten Material.
Noch sind die Abscheideraten gering. So kommt das vielversprechendste Material, Eisenoxid, gerade einmal auf knapp 100 Kilogramm gebundenes CO₂ pro Kilogramm Material in einem Jahr. Die CO₂-Abscheidung befindet sich als Forschungsgebiet noch in der Anfangsphase. Noch seien die untersuchten Materialien nicht so leistungsfähig wie die bislang verwendeten Kunstharze. Doch das Forscher-Team sieht großes Potenzial in den nun untersuchten Stoffen, deren Funktion noch verbessert werden könne… weiterlesen
