06.11.2019

Forscher präsentieren „revolutionäre“ CO2-Abscheidung

Foto: MIT / Teaserbild: iStock
Während ein Luftstrom (blau) mit Kohlendioxid (rot) zwischen dünnen Batterieelektrodenplatten hindurchgeht, lagert sich Kohlendioxid an. Der gereinigte Luftstrom tritt rechts aus.

Eine neue Methode zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Luft könnte ein wichtiges Instrument im Kampf gegen den Klimawandel werden: Offenbar ermöglicht das Verfahren auch die CO2-Abscheidung aus der Atmosphäre.

Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) wollen einen neuen Weg zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Luft gefunden haben. Die Methode wirkt den Angaben zufolge selbst bei geringen Konzentrationen des Klimagases und soll das Zeug haben, den Kampf gegen die Erderwärmung signifikant zu beeinflussen.

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Erdacht hat das neue Verfahren der US-amerikanische Chemie-Ingenieur Sahag Voskian, der es in seiner jüngst abgeschlossenen Promotion beschreibt. Ihm stand als Doktorvater sein Institutsdirektor T. Alan Hatton zur Seite. Ihre Forschungsergebnisse haben sie im Fachmagazin „Energy and Environmental Science“ veröffentlicht.

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Luft rein, CO2 raus

Das Verfahren gründet laut MIT darauf, Luft durch einen Stapel aufgeladener elektrochemischer Platten zu leiten, die das Kohlendioxid mittels Nanoröhrchen aus dem Luftstrom abtrennen. Der Apparat gleiche im Prinzip einer Batterie, so die Forscher, bei denen das CO2 von den Elektroden zunächst absorbiert wird, was die Elektroden auflädt. Werden sie anschließend entladen, geben sie das Klimagas in Reinform wieder ab.

Diese „binäre Natur“ der Batterie, sagt MIT-Postdoc Voskian, sei „ihr größter Vorteil gegenüber herkömmlichen CO2-Abscheidungs- oder Absorbierungs-Technologien.“ Das Material, aus dem die Elektroden bestehen, kenne nur zwei Zustände, abhängig vom Lade- oder Entladestatus: eine hohe Affinität für das Klimagas oder keine. Andere Verfahren seien deutlich komplexer und verlangten zur Abscheidung immer chemische Zwischenschritte, die Zugabe großer Mengen Energie oder kräftigen Umgebungsdruck.

Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten

Voskian zufolge hat das neue Verfahren einen weiteren Vorteil: es ermöglicht die Abscheidung selbst geringster Mengen CO2 aus der Luft, inklusive der 400 Parts per Million, die derzeit in der Atmosphäre schweben. Nach Absorption kann das Gas in 100-prozentiger Konzentration abgegeben werden, etwa um Getränke aufzusprudeln oder Pflanzen in Gewächshäusern zu düngen. Alternativ kann es auch komprimiert und zur Lagerung unter Tage verbracht oder mit zusätzlichen (elektro-)chemischen Schritten zu Treibstoff aufbereitet werden.

Der Chemie-Ingenieur selbst nennt das System „revolutionär“, weil die Abscheidung des CO2 und seine spätere Abgabe unter normalen Umgebungsbedingungen möglich sind. Sein Doktorvater Hatton unterstreicht das und sagt, an seinem Institut forsche man schon lange an ähnlichen Lösungen, die Umweltprobleme ohne zusätzliche Wärmeenergie, hohen Luftdruck oder Zugabe von Chemikalien angingen. Das neue Verfahren nennt er eine „klare Demonstration der Macht elektrochemischer Ansätze.“

„Sehr kosteneffektive Technik entwickelt“

Unter Laborbedingungen schaffen die am MIT ersonnen Apparate bereits 7.000 Lade-/Entladezyklen, bei 30 Prozent Effizienzverlust über den Zeitraum. 20.000 bis 50.000 Zyklen seien rasch möglich, so die Forscher, bei Herstellungskosten in einer Größenordnung von etwa zehn US-Dollar je Quadratmeter Elektroden. Auch der Energieeinsatz je abgeschiedener Tonne CO2 ist den Angaben zufolge gering: Er soll bei einem Gigajoule je abgeschiedener Tonne liegen und damit deutlich unter den bis zu zehn Gigajoule je Tonne, die bei bisherigen Methoden nötig sind.

„Wir haben eine sehr kosteneffektive Technik entwickelt“, sagt Voskian, die sich zudem sehr leicht skalieren lasse. Zusätzliche Elektroden könne man quasi wie eine Zeitung drucken. „Wer mehr Kapazität braucht, muss nur mehr Elektroden produzieren.“ Die Forscher wollen ihr Verfahren jetzt kommerzialisieren und hoffen, in den kommenden Jahren ein Pilot-Kraftwerk damit auszurüsten.

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Thomas Wischniewski
Keywords:
CO2-Emissionen | Kohlendioxid
Ressorts:
Technology

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