Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) haben ein neues Verfahren zur Direct Air Capture (DAC) für die Abscheidung von CO₂ aus der Luft präsentiert. Eine Gruppe um den Materialwissenschaftler Raffaele Mezzenga, Professor am Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie der ETH Zürich, nutzt für ihr Verfahren Lebensmittelabfälle aus der Käse- und Tofuproduktion, die man zu Proteinkügelchen verarbeiten kann

Bei der Milch- und Tofuproduktion entstehen große Mengen an proteinhaltigen Lösungen. Nur ein kleiner Teil wird in der Nahrungsmittelproduktion weiterverarbeitet, der Rest fällt als Abfall an. Aus diesem isolieren die Forschenden Proteine und bilden damit lange, fadenförmige Ketten, sogenannte Amyloidfibrillen. Diese bestücken sie anschließend mit Kaliumhydroxid und verarbeiten sie zu Kügelchen mit einem Durchmesser von einem halben bis zu einem Zentimeter. „Das resultierende Material ist wie ein Schwamm, der über das Kaliumhydroxid sehr viel CO₂ aufnehmen kann“, sagt Mezzenga.

Setzt man die porösen Kügelchen der Umgebungsluft aus, reagiert das Kaliumhydroxid mit CO₂ und bildet Hydrogencarbonat, ein Salz der Kohlensäure. Dadurch wird das CO₂ der Luft entzogen. „In unseren Tests mit Umgebungsluft konnten wir mit einem Gramm Material 97 Milligramm CO₂ entziehen“, sagt Zhou Dong, Postdoc in Mezzengas Gruppe. Das sei sehr hoch, und liege 10 bis 50 Prozent über der Kapazität herkömmlicher DAC-Methoden.

Verfahren für die Kreislaufwirtschaft geeignet

Herkömmliche DAC-Verfahren nutzen meist Wärme und Unterdruck, um das Kohlendioxid wieder vom Absorbtionsmaterial zu lösen. Dies ist nötig, um das CO₂ anschließend einzulagern oder zu anderen Stoffen weiterzuverarbeiten und damit längerfristig der Atmosphäre zu entziehen. Dieser Prozess benötigt jedoch viel Energie, weshalb DAC heute meist nur dort energetisch und ökonomisch sinnvoll ist, wo viel erneuerbare Energie vorhanden ist.

Auch hier gehen die Forschenden um Mezzenga einen anderen Weg: Um das Kohlendioxid wieder von den Proteinkügelchen zu lösen, werden diese bei Raumtemperatur während rund zehn Minuten alternierend mit einer milden Säure und Base besprüht. Das löst die chemischen Bindungen und man kann das CO₂ isolieren. Säure, Base und die Kügelchen können anschließend wiederverwendet werden. „Die synthetischen Materialien, die heute bereits zum Auffangen von CO₂ genutzt werden, zersetzen sich rasch“, so Dong. „Unsere Proteinkügelchen hingegen bleiben über längere Zeit stabil.“

Die Forschenden haben im Labor 30 Zyklen der CO₂-Adsorption und Freigabe getestet, ohne deutliche Effizienzverluste. Mezzenga geht davon aus, dass man das Material nach einigen tausend Zyklen trotzdem auswechseln muss, weil die Adsorptionsleistung abnimmt. Die Proteinkügelchen könnten dann jedoch als Dünger in der Landwirtschaft genutzt oder zu Biotreibstoff verarbeitet werden, erklärt der Forscher. Sie bestünden vollständig aus organischem Material und seien gut abbaubar. Damit könnte das System Teil einer Kreislaufwirtschaft sein.

Voraussichtlich günstiger als andere Direct-Air-Capture-Abscheidemethoden

Ob sich die Technologie für den Einsatz in der Praxis skalieren lässt und die hohe Aufnahmekapazität von CO2 auch in größerem Maßstab bestehen bleibt, wird sich erst in weiteren Tests zeigen. Mezzenga ist zuversichtlich. Er arbeitet seit fast 20 Jahren mit Amyloidfibrillen und ist mit dem Material vertraut. In der Vergangenheit hat er damit biologisch abbaubare Alternativen zu Plastik und Verfahren für die Wasserreinigung entwickelt. „Wir sind überzeugt, dass sich die Technologie skalieren lässt“, sagt er.

Zwar haben die Forschenden noch keine exakte Berechnung der Kosten pro eingefangene Tonne CO₂ gemacht, Mezzenga geht aber davon aus, dass diese deutlich tiefer liegen werden als bei herkömmlicher DAC. „Unsere Technologie ist günstiger und nachhaltiger, weil sie wenig Energie benötigt und auf einem breit verfügbaren Abfallprodukt beruht“, so Mezzenga.

Eine aktuelle Studie des vom deutschen Bundesforschungsministerium geförderten Kopernikus-Projekts zeigt zudem: Werden Zertifikate für eine dauerhafte CO₂-Entnahme als zusätzliche Option in den Emissionshandel integriert, verschafft das der Industrie mehr Spielraum.

Eine erste kommerzielle DAC-Anlage soll Kanada entstehen.

Quelle: ETH Zürich | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH